فهرست مطالب

مجله ژئومکانیک نفت
سال پنجم شماره 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/08/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حمید قالیباف محمدآبادی*، ناصر حافظی مقدس، غلامرضا لشکری پور، رئوف غلامی، حسین طالبی صفحات 1-28

    نگاره های مربوط به چاه های نفتی تفسیر/پردازش می شوند تا خصوصیات پتروفیزیکی، مکانیکی و ژیومکانیکی درجا را برای سنگ های پیرامون چاه های نفتی تشخیص دهند. اما همه نگاره ها به دلیل هزینه بالا و مشکلات زمین شناسی امکان برداشت امکان پذیر نمی باشد. به طور مثال نگاره های مربوط به کندی موج های صوتی حاوی اطلاعات ژیوفیزیکی و ژیومکانیکی حیاتی برای تعیین مدول های الاستیسیته دینامیکی، مدول یانگ، مدول بالک، مقاومت/آمپدانس صوتی، مدول برشی و نسبت پواسون سنگ های پیرامون در اطراف دیواره چاه هستند. بنابراین در این تحقیق ابتدا دو چاه تصادفی از یکی از میدان های نفتی جنوب ایران برگزیده شد که یکی به عنوان چاه آموزشی جهت تعیین مدل مناسب و دیگری جهت پیش بینی زمان موج های صوتی انتخاب شد. این داده ها با استفاده از طیف وسیعی از روش های یادگیری ماشین و تنظیم فراپارمترها (Hyperparameter Tuning) روی الگوریتم ها، بهترین مدل ها جهت پیش بینی/ تخمین لاگ های صوتی ارایه شد، در این فرایند، از بین روش های رگرسیون، روش k - نزدیک ترین همسایه (KNN) و از بین روش های ترکیبی الگوریتم جنگل تصادفی (Random Forest Regression) و الگوریتم درختان اضافی (Extra Tree Regression) بالاترین ضریب همبستگی را نشان داده اند. درنتیجه الگوریتم درختان اضافی جهت مدل سازی بر روی داده های آموزشی و آزمایشی چاه انجام گرفت. سپس این مدل جهت پیش بینی/سنتز زمان موج های صوتی طولی و برشی چاه هدف بکار گرفته شد. سپس با مقایسه داده های واقعی چاه هدف، مقدار خطای جذر میانگین مربعات و مجذور R به دست آمد. در ادامه با استفاده از روابط پورالاستیک تنش های برجا میدان تعیین شدند و معلوم گردید مخزن سروک و ایلام در رژیم تنش معکوس و مخزن آسماری در رژیم تنش نرمال تا امتدادلغز قرار دارند. در پایان با استفاده از معیارهای مکانیک سنگ بهترین وزن بهینه گل حفاری در چاه مورد مطالعه ارایه شد.

    کلیدواژگان: روشهای یادگیری ماشین، Hyperparameter Tuning، روش k- نزدیک ترین همسایه(KNN)، روشهای ترکیبی، Random forest regression، Extra Tree Regression، تخمین پارامتر های ژئومکانیکی
  • مرتضی جوادی اصطهباناتی* صفحات 29-40
    در این مقاله جریان غیرخطی نفت درون شکستگی های سنگی و با تاکید بر روی عدد رینولدز بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، شبیه سازی جریان نفت در داخل شش شکستگی سه بعدی با هندسه های متفاوت با روش حجم محدود انجام و برای دامنه وسیعی از عدد رینولدز انجام شد. نتایج حاصل از شبیه سازی جریان از دیدگاه  قانون فورچی میر مورد ارزیابی قرار گرفت و ضرایب افت انرژی با مکانیسم های ویسکوز و اینرسی (ضرایب A و B فورچی میر) محاسبه شد. سپس، تاثیر ترم های خطی و غیرخطی از کل افت انرژی و وابستگی بین عدد بی بعد فورچی میر به عدد بی بعد رینولدز مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت بر اساس جمع بندی نتایج مراحل پیش، مقدار بحرانی عدد بی بعد رینولدز برای شروع جریان غیرخطی در هر یک از شکستگی ها تعیین شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد، قانون فورچی میر با دقت بسیار زیادی با نتایج شبیه سازی انطباق دارد. با افزایش عدد رینولدز، سهم ترم خطی از کل افت فشار استاتیک (هدررفت انرژی) کاهش یافته و بطور همزمان، سهم ترم غیرخطی افزایش می یابد. برای شکستگی های مورد بررسی در این مقاله (شکستگی های کاملا باز)، مقدار عدد رینولدز بحرانی در بازه 30 الی 46 قرار دارد. بیشترین و کمترین مقدار عدد رینولدز بحرانی مربوط به شکستگی هایی است که به ترتیب دارای کمترین و بیشترین شیب نمودار عدد رینولدز-عدد فورچی میر بوده و دارای کمترین و بیشترین ضریب هدررفت انرژی با مکانیسم اینرسی هستند.
  • یاسر تاراس، محمدعلی ریاحی* صفحات 41-53

    تفکیک پتانسیل زون های مختلف یک مخزن هیدروکربنی یکی از چالش های مطرح برای محققین در این حوزه است. تاکنون رهیافت های مختلفی در زمینه زون بندی مخزن هیدروکربنی ارایه شده است. در این میان سیوالی که مطرح می شود این است که آیا با استفاده از پارامترهای ژیومکانیکی می توان زون های مختلف یک مخزن را به لحاظ پتانسیل هیدروکربنی از یکدیگر تفکیک نمود؟ برای مثال آیا می توان در یک مخزن هیدروکربنی ماسه سنگی، زون های  ماسه ای و شیلی را از یکدیگر تفکیک کرد؟ در این تحقیق برای پاسخ به این سوال برآن شدیم که با محاسبه پارامترهای ژیومکانیکی درک مناسبی از تفاوت رفتار ژیومکانیکی زون مخزنی و غیرمخزنی را به دست آوریم. به این منظور برای به دست آوردن پارامترهای ژیومکانیکی از داده های لرزه ای سه بعدی یکی از میادین نفتی جنوب ایران به همراه داده های چهار حلقه چاه موجود استفاده شد. ابتدا وارون سازی بر روی داده های لرزه ای سه بعدی پیش از برانبارش انجام شد و سه پارامتر، امپدانس های صوتی S ، P و چگالی استخراج گردید. سپس با استفاده از نتایج مرحله وارون سازی، پارامترهای ژیومکانیکی شامل مدول های الاستیک، ضرایب لامه و ضریب شکنندگی مخزن مورد محاسبه قرار گرفت. در مرحله بعد با استفاده از پارامترهای ژیومکانیکی محاسبه شده، زون مخزنی به خوبی از زون غیرمخزنی به لحاظ پتانسیل هیدروکربنی در مقاطع زمانی تفکیک شد. پارامترهای ژیومکانیکی محاسبه شده با استفاده از نمودارهای نقطه ای و مقایسه با نگاره های یکی از چاه های موجود که از فرایند محاسبات کنار گذاشته شده بود مورد صحت سنجی قرار گرفت. در نتیجه مقدار همبستگی برای امپدانس صوتی بیش از 90 درصد به دست آمد.

    کلیدواژگان: ژئومکانیک، مخزن هیدروکربنی، مدول های الاستیک، پارامترهای لامه، ضریب شکنندگی مخزن
  • حسین رسول زاده، حسین هاشمی*، سعید هادیلو صفحات 54-67

    هدف اصلی لرزه‏ نگاری بازتابی، پیگیری پدیده‏ های زیرسطحی به کمک ردلرزه ‏ها است؛ اما چالش‏ های گوناگونی در رسیدن به این هدف‏ وجود دارد. تشخیص لایه‏ ها یا پدیده‏ های زمین‏ شناسی با ضخامت کم، یکی از این چالش‏ ها است. زمانی که اهداف، مخازن هیدروکربنی باشند، مشکل دو چندان خواهد شد زیرا علاوه بر تشخیص لایه نازک، باید لایه نازک مخزنی از لایه نازک غیرمخزنی تفکیک شود. پس نیاز به وضوح بالایی هم در راستای افقی و هم در راستای قایم می‏ باشد. داده‏ های لرزه ‏ای مناطق وسیعی از محدوده رسوبی در راستای افقی و نواحی بین چاه‏ ها را پوشش می‏ دهند و داده ‏های حاصل از چاه اطلاعاتی از خواص مخزنی را در اختیار ما می‏ گذارد که قدرت تفکیک بالایی در راستای قایم دارد. بنابراین استفاده از داده‏ های لرزه‏ ای انطباقی با داده‏ های چاه، نتایج همه جانبه در تحلیل رخساره‏ ها، ارایه می‏ دهد. ما برآنیم تا با ایجاد یک الگوی کمی، به تحلیل و طبقه ‏بندی مناسبی از رخساره ‏های لرزه ‏ای در یک سکانس کم ضخامت دست یابیم. این کار با استفاده از داده ‏های لرزه ‏ای سه بعدی واقعی و داده‏ های چاه انجام شده و در صورت امکان با رخساره‏ های رسوبی که با کمک اطلاعات زمین‏ شناسی و چاه ‏های منطقه به دست می ‏آیند، انطباق داده می‏ شوند. رویکرد تشخیص رخساره‏ های لرزه‏ ای بر اساس نشانگر شکل موج است که به محاسبه بیشترین شباهت شکل موج ردلرزه‏ ها با ردلرزه معلم در محل چاه می ‏پردازد. در نتیجه، یک روش ساده برای شناخت ویژگی های ظریف و نامحسوس زمین شناختی و ژیوفیزیکی توالی‏ های ‏زیرسطحی به کار گرفته می‏ شود که مبتنی بر ضریب همبستگی متقابل ردلرزه ‏ها است. این ضریب کمی بوده و اعدادی پیوسته بین 1- تا 1 را نتیجه می‏ دهد. نزدیک بودن به عدد یک بیشترین میزان شباهت را دارد، پس رخساره‏ های نزدیک به ردلرزه معلم را نشان می‏ دهد. در روند کار، روش‏ های غیرنظارتی و نظارتی به صورت توامان برقرار هستند. کدگذاری همبستگی متقابل با استفاده از داده ‏های واقعی افق جانسون از اطلاعات لرزه ‏ای سه ‏بعدی پوسایدن استرالیا آزموده خواهد شد.

    کلیدواژگان: رخساره لرزه‏ ای، رخساره رسوبی، تحلیل کمی، نشانگر شکل موج، افق جانسون
  • پیمان نوروزی* صفحات 68-81
    عملیات مشبک کاری با خرج گود شامل ایجاد یک سوراخ در لوله جداری، سیمان پیرامون آن و سازند بهره ده به منظور ایجاد ارتباط بین مخزن و چاه نفت است. عوامل متعددی بر کارآیی و عمق نفوذ مشبک کاری تاثیرگذار است. در این میان نقش تنش سه محوره واقعی زمین، نوع بارگذاری و تعداد گلوله ها بر روی کارآیی مشبک کاری به خوبی بررسی نشده است. بنابراین یک دستگاه بزرگ مقیاس جهت مشبک کاری نمونه های بلوک تحت شرایط سه محوره واقعی طراحی و ساخته شد. در این مطالعه برای بهینه سازی تعداد آزمایش های بزرگ مقیاس، از روش طرح آزمایش تاگوچی بهره مند شده و سهم هر کدام از تنش های برجا بر روی عمق نفوذ با استفاده از تحلیل آماری نتایج، معین شد. آزمون های این پژوهش، شرایط مشبک کاری در چاه های عمودی و افقی در حوزه های گسلش به ترتیب امتدادلغز و معکوس را شبیه سازی می کند. نتایج نشان داد که عمق نفوذ در شرایط سطحی حداکثر است. تنش موازی با محور شلیک کمترین تاثیر را در کاهش عمق نفوذ دارد. عمق نفوذ گلوله در شرایط دوبعدی متناظر از حالت بارگذاری سه بعدی رایج بیشتر و هر دو آنها عمق نفوذ بیشتری نسبت به حالت بارگذاری سه محوره واقعی بدست می دهند. در مشبک کاری با گان، عمق نفوذ گلوله اول از گلوله های دوم و سوم با اختلاف زیادی کمتر است. شلیک گلوله باعث ایجاد یک سوراخ مشبک کاری و تعدادی ترک کششی در اطراف آن می گردند. الگوی انتشار ترک های کششی به نوع بارگذاری بستگی دارد. تعداد ترک های کششی ایجاد شده در اطراف سوراخ مشبک کاری در سنگ آهک نسبت به بتن به مراتب بیشتر است. روند کاهش قطر در سوراخ اول نسبت به دوم متفاوت است.
    کلیدواژگان: گلوله خرج گود، عمق نفوذ، شرایط بارگذاری، تنش سه محوه واقعی، تنش برجا
  • پویا عبدالله پور، سید شهاب طباطبایی مرادی صفحات 82-90

    هرزروی سیال حفاری به درون سازندهای تحت الارضی، در مناطق با نفوذپذیری بالا، سازندهای دارای شکستگی‌های طبیعی، و سازندهای ضعیف یکی از مشکلات رایج در عملیات حفاری چاه‌های نفت و گاز است. برخی تحقیقات نشان می‌دهد که حدود 20 درصد از زمان‌های غیر بهره‌ده در حین عملیات حفاری به دلیل مشکل هرزروی سیال حفاری است. به‌طورکلی روش‌های درمانی و پیشگیرانه، دو رویکرد اصلی مقابله با مشکل هرزروی سیال حفاری هستند. یکی از روش‌های پیشگیری از هرزروی سیال حفاری به کارگیری روش قفس تنش به منظور افزایش فشار شکست سازندهای اطراف چاه می‌باشد. عوامل متعددی از جمله پارامترهای مکانیکی سنگ، ویژگی‌های مواد پل زننده، رژیم تنش‌ها و ویژگی سیالات حفاری در میزان اثربخشی این تکنولوژی موثر است. در این پژوهش تاثیر نسبت رژیم تنش‌های افقی بر میزان اثربخشی تکنولوژی قفس تنش بررسی شده است. بدین منظور ابتدا مدل سه‌بعدی چاه و با در نظر گرفتن رفتار الاستیک سنگ ارایه شده و سپس تغییرات تنش مماسی در دو حالت پیش از ایجاد شکاف و پس از پل زدن شکاف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که بر مبنای داده‌های مورد استفاده، استفاده از این تکنولوژی باعث افزایش میانگین تنش مماسی به میزان 3618 پام در دیواره چاه و در نتیجه افزایش فشار شکست سازند شد. این امر در سازندهای سست از ایجاد شکستگی های القایی و هرزروی سیال حفاری جلوگیری می‌کند. همچنین حداکثر تنش مماسی در موقعیت پل زدن 0.5 اینچی از دهانه شکاف مشاهده شد. از سوی دیگر نتایج نشان داد که اثربخشی قفس تنش به نسبت تنش‌های افقی برجا وابسته است. بر مبنای نتایج مدل عددی، در نسبت‌های تنش افقی کمینه به بیشینه بیشتر از 0.715، کاربرد تکنولوژی قفس تنش منجر به افزایش تنش مماسی می‌شود.

    کلیدواژگان: هرزروی سیال حفاری، زمان های غیر بهره ده، روش های پیشگیری، تکنولوژی قفس تنش، روش های درمانی
|
  • Hamid Ghalibaf Mohammad Abadi *, HAMID Hafezi Moghaddas, GholamReza Lashkaripour, Raoof Gholami, Hossin Talebi Pages 1-28

    Oil wells & boreholes logs data are interpreted/processed to identify petrophysical, mechanical, and in-situ geomechanical properties for rocks around oil wells, due to high cost and geological problems, some well logs cannot be measured. For example, sonic logs contain geophysical, and geomechanical information critical to determining the modulus of dynamic elasticity, Young's modulus, the bulk modulus, acoustic resistance/impedance, the shear modulus, and the Poisson's ratio of rocks around the well’s wall. Therefore, in this paper, two random wells were selected from one of the oil fields in southern Iran, one of which was selected as training well to determine the appropriate model and the other to predict the shear and compressional wave slowness. Data analyses were performed using a range of machine learning methods and setting hyperparameter tuning on algorithms, the best models were selected for predicting/estimating sonic logs. In this process, among the regression methods, the K-nearest neighbors algorithm (KNN), and among the combined methods, the Random Forest Regression algorithm and the Extra Tree Regression algorithm show the highest correlation coefficient. As a result, the extra tree algorithm for modeling was performed on the training sets and testing sets data of the well. Then this model was used to predict and synthesize the slowness acoustic compressional and the slowness acoustic shear of the target well. Then, by comparing the actual data of the target well, the root mean square error and the R-squared were obtained. Then, using poroelastic equations, the field stresses were determined and found that Sarvak and Ilam reservoirs are in reverse stress regime and Asmari reservoir is in normal stress regime up to Strike-slip. At the end of this article, using the rock mechanics criteria, the best optimal safe mud weight windows in the studied was presented.

    Keywords: Machine Learning methods, Hyperparameter Tuning, K-Nearest Neighbor Method (KNN), Combined methods, Random forest regression, Extra Tree Regression, Geomechanical Parameter Estimation
  • Morteza Javadi * Pages 29-40
    One of the most important aspects of governing physical processes through rough-walled fractures is the non-linear behavior of flow. The onset of non-linear flow in rock fractures is characterized by critical Reynolds number, which is the main object of this paper. In this paper, the technical aspects of non-linear flow of crude oil through open rock fractures and critical Reynolds number were studied. These issues were studied based on the results of three-dimensional numerical simulation of the Navier-Stokes equations for crude oil flow through rough-walled fractures. The finite volume simulation of crude oil flow through three-dimensional space of rough-walled fractures was performed for a wide range of Reynolds numbers or flow rates. The results of crude oil flow simulations were analyzed based on the Forchheimer’s law. The coefficients of energy losses due to viscous and inertial dissipation mechanisms were derived from the Forchheimer’s law regression on the results. Then, the role of linear and nonlinear energy losses with viscous and inertial dissipation mechanisms was evaluated based on the relation between Reynolds and Forchheimer non-dimension numbers. Finally, the critical Reynolds number was determined for onset of non-linear flow through rough-walled fractures. The results of this study indicate that the Forchheimer’s law appropriately describes the non-linear crude oil flow through rough-walled fractures. By increasing the Reynolds number (or flow rate), the ratio of viscous energy lose from total energy losses decreases non-linearly and simultaneously, the inertial dissipation becomes the dominant mechanism of energy lose. The critical Reynolds number for crude oil is in the range of 30 to 46 for the open fractures of this study. The maximum and minimum of critical Reynolds number follow the minimum and maximum of inertial dissipation coefficient and also the gradient of Reynolds- Forchheimer curve, respectively.
    Keywords: Critical Reynolds, Forchheimer Number, Rough-walled Fractures, Non-linear Flow, Crude Oil, Rough Fracture
  • Yasser Taras, MohammadAli Riahi * Pages 41-53

    Determining the hydrocarbon reservoir zone is one of the challenges for researchers in this field. So far, various approaches have been proposed in the field of hydrocarbon reservoir zoning. In the meantime, the question that arises is whether the potential of different zones of a hydrocarbon reservoir can be separated using geomechanical parameters? For example, in a sandstone reservoir, can the sandy and shale zones be separated? To answer this question, it is necessary to calculate some of the geomechanical parameters of the reservoir. Therefore, in this study, to obtain geomechanical parameters, three-dimensional seismic data of one of the oil fields in southern Iran were used along with the data of four existing wells. In this way, first inversion was performed on three-dimensional pre-stack seismic data, and three parameters, acoustic impedances (S and P waves) and density were extracted. Then, using the results of the inversion step, geomechanical parameters including elastic modulus, Lame parameters (LMR) and brittleness were calculated. In the next step, using the calculated geomechanical parameters, the reservoir zone was well separated from the non-reservoir zone in terms of hydrocarbon potential in time sections. Then, the calculated geomechanical parameters were verified using scatter diagrams and by comparing with the logs of the existing wells. The correlation value for the acoustic impedance was more than 90%.

    Keywords: Geomechanics, Hydrocarbon Reservoir, Elastic modulus, Lame Parameters, brittleness
  • Hossein Rasol Zadeh, Hosein Hashemi *, Saeed Hadiloo Pages 54-67

    After picking the Johnson horizon, we continue the processes related to making the window connected to the horizon. The output contains SEGY data, which has the information on the amplitude and frequency of traces in the Johnson horizon window. Figures 4 and 5 are the results of quantitative analysis of seismic facies that show the correlation coefficient (R) in terms of inline and crossline. In each of the shapes, one of the wells is considered as the base and the subsequent trace at the location of that well will be the main trace. Facial (seismic) changes in all shapes show a similar general trend. The number of traces extracted from the Johnson window is 84,2001. Twenty samples are provided for each trace to determine the shape of each trace in the depth of the window. As a result, using amplitude values to increase time, it determines the waveform of each trace for us. Thus it is clear that the waveform attribute, which is a dual attribute of the amplitude and frequency composition, has been extracted for the whole set of tremors. Using the correlation coefficient relationship, the similarity of each of these traces is compared with a baseline trace. The connection between seismic facies around the well and the existing depositional facies is made with more certainty. But it is possible to study the gradual change of sedimentary deposits and facies and compare them with seismic facies changes. By studying the results of wells in the area and geological information, it is possible to show some sedimentary changes along with seismic changes in the Johnson horizon window. The predominant lithology of the northwestern part is limestone or limestone with clay deposits. This is the northwestern part where the Poseidon 2 and Boreas wells are located.

    Keywords: Seismic Facies, Sedimentary Facies, quantitative analysis, Waveshape attribute, Johnson formation
  • Peyman Norouzi * Pages 68-81
    The perforating operation with the shaped charged includes creating a hole in the casing, and the cement around it, and the production formation in order to create a connection between the reservoir and the oil well. Several factors affect the efficiency and depth of penetration of perforation. The role of the real triaxial stress, loading condition and the number of chaped chrages on the efficiency of perorating has not been well investigated. Therefore, a large-scale device for perforate block samples under real three-axis conditions was designed and made. In this study, in order to optimize the number of large-scale tests, the Taguchi test design method was used and the contribution of each of the insitu stresss on the penetration depth was determined using the statistical analysis of the results. The results simulate the conditions of n-situ stresses on vertical and horizontal wells in the fault zones, respectively, strike-slip and reverse. The results showed that the depth of penetration is maximum in surface conditions. The stress parallel to the firing axis has the least effect in reducing the depth of penetration. In the gun peroration, the penetration depth of the first charge is much lower than the second and third ones. The shaped charges made a hole and some tensile cracks around it. The propagation pattern of tensile cracks depends on loading condiion. The number of tensile cracks created around the hole in limestone is much higher than in concrete. The diameter rduction along the first & second hole is different.
    Keywords: Shaped Charge, depth of penetration, Loading Condition, True Triaxial stress, insitu stress
  • Pouya Abdollahpour, Seyyed Shahab Tabatabaee Moradi Pages 82-90

    Drilling fluid lost circulation into underground formations, in areas of high permeability, formations with natural fractures, and weak formations is one of the common problems in oil and gas well. Some researches show that about 20% of the non-productive times during drilling operations are due to lost circulation. Generally, the remedial and preventive methods are the two main approaches to deal with the problem of lost circulation. One of the methods of preventing drilling fluid lost circulation is to use the stress cage method in order to increase the formation fracture pressure around the well. Several factors including rock mechanical parameters, properties of bridging materials, stress regime, and properties of drilling fluids are significant in the effectiveness of the technology. In this research, the influence of the horizontal stress ratio on the effectiveness of the stress cage technology has been investigated. For this purpose, first, the three-dimensional model of the well is presented, taking into account the elastic behavior of the rock, and then the tangential stress changes in two states before creating a fracture and after bridging the fracture have been investigated. The results showed that, based on the data used, the application of this technology leads to an increase of 3618 psi in the tangential stress at the wellbore wall and, as a result, an increase in the formation's fracture pressure. In weak formations, this prevents induced fractures and drilling fluid lost circulation. Also, the maximum tangential stress was observed at bridging location of 0.5 inches from fracture aperture. On the other hand, the results showed that the stress cage’s effectiveness depends on the horizontal stress ratio. Based on the results of the numerical model, at the maximum horizontal stress to minimum horizontal stress ratio of greater than 0.715, the stress cage technology effectively increases the tangential stress.

    Keywords: Drilling fluid lost circulation, Non-productive times, Preventive methods, Stress cage technology, Remedial methods