فهرست مطالب

ژئومکانیک نفت - سال هفتم شماره 1 (بهار 1403)

مجله ژئومکانیک نفت
سال هفتم شماره 1 (بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رضا جلکانی، سید شهاب طباطبایی مرادی* صفحات 1-11

    از مهم ترین وظایف سیال حفاری، حفظ و فراهم کردن پایداری دیواره چاه می باشد. فشار کم در داخل چاه می تواند منجر به ریزش دیواره و یا ورود ناخواسته سیال به درون چاه گردد. از طرفی فشار بالای داخل چاه می تواند منجر به شکست دیواره چاه گردد؛ بنابراین مقدار مناسب چگالی سیال حفاری باید به گونه ای انتخاب شود که فشار داخل چاه در حد تعادل باقی بماند. هدف این پژوهش تعیین مقدار چگالی سیال حفاری با توجه به مفهوم پایداری دیواره چاه است به گونه ای که تنش های شعاعی و مماسی در دیواره چاه برابر گردند. بدین منظور ابتدا داده های موردنیاز از یکی از چاه های میدانی در جنوب غربی ایران جمع آوری شدند. سپس با استفاده از روابط موجود تنش های القائی در دیواره چاه محاسبه گردیدند. نتایج این مطالعه نشان داد که با توجه به پنجره ایمن چگالی سیال حفاری، مقدار بیشترین و کمترین چگالی بهینه سیال که در آن پایداری دیواره چاه در عمق های مورد نظر حفظ خواهد شد به ترتیب 16/80 و 13/93 پوند بر گالن خواهد بود. همچنین مقایسه چگالی بهینه و چگالی واقعی مورد استفاده در سیال حفاری این چاه نشان داد که به دلیل پایین تر بودن چگالی واقعی استفاده شده در عملیات نسبت به چگالی بهینه، در اعماق مختلف مشکلات عدم پایداری دیواره چاه مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: چگالی سیال حفاری، پایداری دیواره، پنجره چگالی سیال، ضرایب الاستیک، تنش های القائی
  • سجاد عمرانی، وحید توکلی* صفحات 12-24
    ارزیابی خصوصیات مخازن کربناته باتوجه به ناهمگنی بسیار زیاد این مخازن، همواره با دشواری ها و عدم قطعیت های زیادی همراه است. اشباع آب یکی از پارامترهای بسیار مهم در ارزیابی این مخازن به شمار می آید. علاوه بر این، تاثیر اشباع آب بر مکانیک سنگ به عنوان یک پدیده ی مهم در مهندسی ژئوتکنیک شناخته می شود. رایج ترین رابطه برای اشباع آب، معادله ی آرچی است. دقت اشباع آب محاسبه شده از طریق معادله ی آرچی به دقت پارامتر های آن از جمله ضریب سیمانی شدن، ضریب پیچاپیچی و ضریب اشباع بستگی دارد. ناهمگنی مخازن کربناته، به طور قابل توجهی بر ضرایب معادله ی آرچی و در نتیجه محاسبات اشباع آب تاثیر می گذارد. در این مطالعه، از 157 داده ی اشباع آب دین استارک، 57 داده ی فاکتور مقاومت سازند، 20 داده ی شاخص مقاومت سازند، 1368 مقطع نازک و 1114 داده های تخلخل و نفوذپذیری تهیه شده از یک چاه اکتشافی در غرب خلیج فارس استفاده شده است. به منظور مدیریت ناهمگنی، از روش های مختلفی از جمله روش راندمان الکتریکی، نشانگر زون جریان و وینلند استفاده شد. پس از دسته بندی سنگ ها با پارامترهای الکتریکی و پتروفیزیکی مشابه، پارامترهای آرچی در دسته های مختلف محاسبه شدند. سپس اشباع آب با استفاده از رابطه ی آرچی در هریک از دسته های تعیین شده، محاسبه و با اشباع آب دین استارک مقایسه شد. علاوه بر این، پارامترهای تاثیرگذار بر دقت اشباع آب، موردبحث و برسی قرار گرفت. نتایج، اهمیت برسی ویژگی های رفتار الکتریکی و شعاع گلوگاه های منفذی به عنوان عوامل کلیدی موثر بر دقت محاسبات اشباع آب را نشان دادند. بر اساس یافته ها، استفاده از پارامترهای ثابت آرچی منجر به محاسبه اشباع آب، بیش از اندازه ی واقعی و در نتیجه، برآورد کمتر از میزان واقعی هیدروکربور در مخازن می شود. یافته ها نشان داد که مدیریت ناهمگنی مخزن به روش راندمان الکتریکی، تاثیر قابل توجهی بر افزایش دقت اشباع آب پیش بینی شده در مقایسه با دیگر روش ها دارد. در مقابل، روش وینلند بیشترین عدم قطعیت را در پیش بینی اشباع آب دارد.
    کلیدواژگان: گونه های سنگی، راندمان الکتریکی، ضرایب آرچی، مدیریت ناهمگنی، نشانگر زون جریان، هدایت الکتریکی
  • علی رنجبر*، پریرخ ابراهیمی صفحات 25-51

    هزینه بالای عملیات حفاری منجر به افزایش چالش ها در بهینه سازی عملیات حفاری شده است. رمز موفقیت در کاهش این هزینه ها طراحی برنامه چاه بر اساس پیش بینی مسائل و مشکلات بالقوه حفاری می باشد. در چند دهه گذشته، صنعت حفاری تمایل روز افزونی به یادگیری ماشین برای پیش بینی مشکلات حفاری نشان داده است. این مقاله، مروری جامع از مطالعات مرتبط با بکارگیری یادگیری ماشین در پیش بینی رویدادهای پر مخاطره حفاری را ارائه می کند. در هر مطالعه، الگوریتم های یادگیری ماشین، تعداد نقاط داده، پارامترهای ورودی و خروجی به ماشین و عملکرد الگوریتم مربوطه از مطالعات پیشین استخراج شده است. علاوه بر این، محدودیت ها، شباهت های مطالعات در هر دسته خلاصه شده و مروری از ادبیات به همراه توصیه هایی برای توسعه مطالعات آینده ارائه شده است. این بررسی ها نشان می دهد که الگوریتم شبکه عصبی مصنوعی محبوب ترین روش در بین الگوریتم های یادگیری ماشین در مطالعات انجام شده است؛ این در حالی است که دیگر الگوریتم ها نظیر الگوریتم ماشین بردار پشتیبان و جنگل تصادفی ممکن است عملکرد بهتری را در استخراج نتایج از خود نشان دهند. همچنین لازم به ذکر است، بسیاری از مدل های هوشمند ارائه شده توسط پژوهشگران از نمونه های محدود و برای شرایط خاص ارائه نتایج چنین مطالعاتی ممکن است قابل تعمیم نباشد.

    کلیدواژگان: مشکلات حفاری، گیر لوله، هرزروی گردش سیال حفاری، شکستگی در سازند، لرزش کابل حفاری، یادگیری ماشین
  • میثم رجبی*، حمزه قربانی صفحات 52-63
    انجام فعالیت های حفاری، جهت دسترسی به منابع ارزشمند هیدروکربوری، ناگزیر می باشد. چنان که یکی از پارامترهای مهم و پرکاربرد در مبحث حفاری چاه های نفت و گاز، نرخ نفوذ مته حفاری است. در این مطالعه جهت تخمین نرخ نفوذ، از اطلاعات مربوط به سه چاه از یک میدان نفتی واقع در جنوب غرب ایران و ترکیبی از الگوریتم های نزدیک ترین همسایه K، الگوریتم زنبورعسل، الگوریتم کرم شب تاب و پرسپترون چندلایه استفاده شده است. از قابلیت های شاخص این الگوریتم نو ترکیب، کاهش نویز داده ها و افزایش دقت پیش بینی پارامتر موردنظر می باشد. نتایج نشان داد که خطای جذر میانگین مربعات برای داده های مربوط به آموزش، آزمایش و اعتبارسنجی به ترتیب برابر با 05/1، 52/1 و 48/1 بوده که خود نشان دهنده ی دقت عملکرد بالای این الگوریتم نو ترکیب می باشد. همچنین با بررسی ضریب پیرسون مشخص گردید که پارامتر اندازه نازل مته حفاری با مقدار نرخ نفوذ رابطه مستقیم و مقادیر چگالی، نقطه تسلیم، ویسکوزیته پلاستیک، انرژی ویژه مکانیکی و جریان ورودی گل با مقدار نرخ نفوذ رابطه عکس داشته اند. لذا این تحقیق، علاوه بر ارائه یک مدل نوترکیب، به بررسی پارامترهای تاثیرگذار بر روی نرخ نفوذ حفاری نیز پرداخته است. لذا محققان می توانند از الگوریتم معرفی شده در این مقاله برای پیش بینی سایر پارامترهای کلیدی مخزن، تولید، حفاری و ژئوفیزیک استفاده نمایند.
    کلیدواژگان: پیش بینی نرخ نفوذ، الگوریتم نوترکیب، هوش مصنوعی، نگاره های حفاری، نقشه ی حرارتی
  • سمیرا اکبرزاده، وحید توکلی*، سپیده داودی صفحات 64-80
    این مطالعه به بررسی تاثیر عوامل مختلف بر قطر گلوگاه حفرات در سازند دالان بالایی و کنگان در بخش مرکزی خلیج فارس پرداخته است. ریزرخساره، محیط رسوبی، فرایندهای دیاژنزی و تاثیر آنان بر پراکندگی داده های تخلخل و تراوایی، با استفاده از تجزیه و تحلیل های آماری بررسی شد. مطالعات پتروگرافی منجر به شناسایی 12 ریزرخساره در قالب 4 کمربند رخساره ای در یک محیط کم شیب کربناته گردید. ترسیم نمودارهای تخلخل و تراوایی تاثیر لیتولوژی بر روی داده های تخلخل و تراوایی را نشان داد به طوری که لیتولوژی دولومیت دارای مقادیر تخلخل و تراوایی بیشتری نسبت به آهک است. بافت رسوبی دانه پشتیبان نسبت به گل پشتیبان دارای مقادیر بالاتری از تخلخل و تراوایی می-باشند. غالب ترین فرایندهای دیاژنزی دولومیتی شدن، انحلال، سیمانی شدن و تراکم هستند. تخلخل های قالبی، حفره ای، بین بلورین و بین دانه ای مهم ترین تخلخل های شناسایی شده هستند. بررسی ها نشان داد فرایند انحلال و دولومیتی شدن نقش مهمی در افزایش قطر گلوگاه حفرات و کیفیت مخزنی دارند. بررسی نمودارهای دوگانه بیانگر آن است که سیمانی شدن و تراکم به تنهایی نقش کاهنده ای ندارند و تاثیر بیشتر آن درنتیجه تلفیق هردو عامل است. نتایج نشان داد که به علت تاثیر عوامل مختلف دیاژنزی بر ریزرخساره ها، قطر گلوگاه حفرات متفاوت بوده و جایگاه آن ها در نمودار وینلند جا به جا می گردد. ریزرخساره های دانه پشتیبان (پکستونی و گرینستونی) متعلق به کمربند رخسارهای شول که تحت تاثیر انحلال و یا دولومیتی شدن قرارگرفته اند، بهترین افق های مخزنی را وجود آورده اند. این ریزرخساره ها دارای بالاترین قطر گلوگاه حفرات و بهترین گونه های سنگی تعیین شده به روش وینلند هستند. ترسیم داده های تخلخل و تراوایی در نمودار وینلند منجر به تشخیص 7 زون با قطر گلوگاه متفاوت شده است که نمونه های با R35 بالاتر تحت تاثیر انحلال و دولومیتی شدن و نمونه های با R35 کمتر تحت تاثیر سیمانی شدن و فشردگی قرارگرفته اند.
    کلیدواژگان: ریزرخساره، دیاژنز، سازند دالان و کنگان، قطر گلوگاه حفرات، نمودار وینلند
  • سعید نورالهی، حسین جلالی فر*، رضا ذبیحی صفحات 81-88
    امروزه برای نمونه برداری از لایه های زمین در حین حفاری انحرافی از چاه راهنما استفاده می شود. به منظور کاهش هزینه ها و سهولت انجام عملیات در شرایطی که نمی توان از چاه راهنما جهت مغزه گیری استفاده کرد، مطالعات مغزه گیری به صورت انحرافی به میان می آید. بررسی تاثیر پارامترهای حفاری بر نرخ نفوذ در حفاری مغزه گیری چاه های انحرافی جهت بهینه نمودن عملیات حائز اهمیت می باشد. در این راستا نرخ نفوذ با تهیه نمونه های بتنی جهت مغزه گیری بصورت انحرافی با دستگاه های آزمایشگاهی مورد مطالعه و شبیه سازی قرارمی گیرد تا با صرف کمترین زمان در کنار ایمنی لازم به بهینه ترین حالت برسد. در این پژوهش از نمونه های بتنی مکعبی با مقاومت فشاری تک محوره 30 مگاپاسکال و تخلخل 31 درصد استفاده شده است و با اعمال وزن روی مته 50 تا 110 کیلوگرم و زاویه انحراف های صفر تا 60 درجه ، تاثیر این پارامترها بر نرخ نفوذ بررسی شده است. باتوجه به آزمایش های صورت گرفته، تاثیر مستقیم وزن روی مته بر نرخ نفوذ تا رسیدن به مقدار بهینه مشاهده شد. همچنین با افزایش وزن اضافی روی مته باعث تغییر در مکانیزم عملکرد مته در حفاری شده و حالت مماسی خود را از دست داده و باعث کنده شدن ریز ذرات نمونه می شود که این امر باعث کاهش عمر مته می گردد. همچنین نتایج نشان داد که در حفاری نمونه های بتنی با میزان دوران مته 1400 دور بر دقیقه، میزان وزن بهینه روی مته 80 کیلوگرم است.
    کلیدواژگان: حفاری انحرافی، نرخ نفوذ، پارامترهای حفاری، وزن روی مته، مغزه گیری
|
  • Reza Jalakani, Seyyed Shahab Tabatabaee Moradi * Pages 1-11

    One of the most important tasks of the drilling fluid is to maintain and provide the stability of the well. Low pressure inside the well can lead to the collapse of the wall or the unwanted entry of fluid into the well. On the other hand, the high pressure inside the well can lead to the failure of the well wall; Therefore, the appropriate value of drilling fluid density should be selected so that the pressure inside the well remains at equilibrium. The Objectives of this research is to determine the density of drilling fluid according to the concept of wellbore stability so that the radial and tangential stresses in the well wall are equal. For this purpose, first the required data were collected from one of the field wells in the southwest of Iran. Then, the induced stresses in the well wall were calculated using the existing relations. The results of this study showed that according to the safe window of drilling fluid density, the maximum and minimum optimal fluid density in which the stability of the well will be maintained at the desired depths will be 16.80 and 13.93 pounds per gallon, respectively. Also, the comparison of the optimal density and the actual density used in the drilling fluid of this well showed that due to the fact that the actual density used in the operation was lower than the optimal density, problems of instability of the well wall were observed at different depths.

    Keywords: Drilling fluid density, Well stability, Fluid density window, Elastic coefficients, Induced stresses
  • Sajjad Omrani, Vahid Tavakoli * Pages 12-24
    Evaluating the characteristics of carbonate reservoirs, given their significant heterogeneity, is always accompanied by challenges and high uncertainties. Water saturation is a crucial parameter in assessing these reservoirs, and the Archie equation is commonly used for water saturation estimation. Moreover, the effect of water saturation on the mechanical behavior of rock is recognized as an important phenomenon in geotechnical engineering. The accuracy of water saturation calculated through the Archie equation depends on the precision of its parameters, including cementation exponent, saturation exponent, and tortuosity exponent. The heterogeneity of carbonate reservoirs significantly affects the Archie equation coefficients and, consequently, water saturation calculations. In this study, various methods, including the electrical efficiency, current zone indicator, and Winland method, were employed to manage reservoir heterogeneity. Subsequently, Archie parameters were calculated for each category, and water saturation was determined and compared with Dean-Stark water saturation. Furthermore, the influential parameters on the accuracy of water saturation were discussed and examined. To achieve the study objectives, 157 Dean-Stark water saturation data, 57 core plug samples for formation resistivity factor (FRF) determination, 20 core plug samples for measuring formation resistivity index (FRI), 1114 porosity and permeability measurements from core plug samples and 1368 thin sections were utilized from an exploration well in the western Gulf of Persian. Our findings highlight the significance of exploring electrical behavior characteristics and pore throat radii as crucial elements influencing the precision of water saturation calculations. As per the results, employing constant Archie parameters leads to an overestimation of water saturation and, consequently, an underestimation of hydrocarbon reserves. Our analysis illustrates that effectively managing reservoir heterogeneity through the electrical efficiency method significantly improves the accuracy of predicted water saturation compared to other approaches. Conversely, the Winland method exhibits the highest uncertainty in predicting water saturation.
    Keywords: Rock Type, Electrical Efficiency, Archie parameters, heterogeneity management, current zone indicator, Electrical conductivity
  • Ali Ranjbar *, Parirokh Ebrahimi Pages 25-51

    The high cost of drilling operations has led to increasing challenges in optimizing drilling operations. The key to success in reducing these costs is designing the well program based on the prediction of potential drilling issues and problems. Over the past few decades, the drilling industry has shown an increasing interest in machine learning to predict drilling problems. This paper presents a comprehensive review of studies related to the application of machine learning in predicting drilling hazard events. In each study, machine learning algorithms, the number of data points, input and output parameters to the machine and the performance of the corresponding algorithm are extracted from previous studies. In addition, limitations, similarities of the studies in each category are summarized and a review of the literature is provided along with recommendations for the development of future studies. These reviews show that the artificial neural network algorithm is the most popular method among the machine learning algorithms in the studies; Meanwhile, other algorithms such as support vector machine algorithm and random forest may show better performance in extracting results. It should also be noted that many of the intelligent models presented by researchers are based on limited samples and the specific conditions and may not be generalizable.

    Keywords: drilling problems, Pipe stick, Circulation loss, Fractures, Kick, Machine Learning
  • Meysam Rajabi *, Hamzeh Ghorbani Pages 52-63
    One of the most crucial and valuable resources accessible to humanity is underground resources. Their value is so significant that they exert control over the world economy. Drilling activities are indispensable for accessing these precious resources. Among the paramount factors in the realm of oil and gas well drilling is the rate of penetration of the drill bit. This study utilizes information from three wells located in an oil field in the southwest of Iran. The algorithms newly combined in this article comprise a fusion of the K-nearest neighbor algorithms, honey bee algorithm, firefly algorithm, and multilayer perceptron. This algorithm represents a novel and unique amalgamation of potent algorithms hitherto unused for predicting this vital parameter. Notably, this method excels at reducing data noise and enhancing the accuracy of parameter predictions. The results demonstrate that the mean square error for the testing and training data sets, as well as the entire dataset, stood at 1.05, 1.52, and 1.48, respectively. These figures underscore the algorithm's high-performance accuracy. Additionally, upon scrutinizing the Pearson's coefficient it was ascertained that drilling bits nozzles significantly influenced the penetration rate. Finally, researchers can use the algorithm introduced in this paper to predict other key reservoir, production, drilling, and geophysical parameters.
    Keywords: Rate of penetration prediction, Artificial intelligence, Well Logs, Hybrid Machine Learning, Pearson's correlation
  • Samira Akbarzadeh, Vahid Tavakoli *, Sepideh Davoodi Pages 64-80
    This study investigated the effect of various factors on the pore-throats, in a well in the upper Dalan and Kangan Formations in the central part of the Persian Gulf. Microfacies, sedimentary environments, dominant diagenetic processes on microfacies and the general effect of primary and secondary processes on the dispersion of porosity and permeability data, was investigated. Petrographic studies led to the identification of 12 microfacies in four facies belts in an epeiric carbonate platform environment. The grain dominant texture has higher values of porosity and permeability compared to the mud dominated texture. The most prevalent diagenetic processes are dolomitization, dissolution, cementation and compaction. The moldic, vuggy, intercrystalline and intergranular porosities are the most important identified pores. The study of the effects of each diagenetic process separately indicates the effect of the process of dissolution and dolomitization on increased the pore-throats and reservoir quality. Results showed that cementation and compaction alone do not have a reducing role and its greater effect is due to the combination of both factors. In order to investigate the effects of facies and diagenesis on the pore-throat, porosity and permeability data were plotted on the Winland diagram and seven rock types with different pore-throats were identified. Due to the effects of different diagenetic factors on the microfacies, the pore-throat sizes vary between same microfacies. The grain dominant facies (packstone and grainstone) belonging to the shoal facies belt, have the highest pore-throats and the best rock type determined by the Winland method. Plotting the porosity and permeability data in the Winland diagram has let to detection of 7 zones with different pore throat size, that samples with higher R35 are affected by dissolution and dolomitization and samples with lower R35 are affected by cementation and compaction.
    Keywords: Microfacies, diagenetic, Dalan & Kangan formations, Pore-throats, Winland diagram
  • Saeed Norollahi, Hossein Jalalifar *, Reza Zabihi Pages 81-88
    Today, pilot wells are used for sampling the layers of the earth during deviation drilling. In order to reduce costs and facilitate operations in situations where it is not possible to use a pilot well for coring, coring studies are carried out in a deviant manner. Investigating the effect of drilling parameters on penetration rate in core drilling of deviated wells is important to optimize operations. In this regard, the rate of penetration is studied and simulated by preparing concrete samples for coring in a deviant way with laboratory devices, so that it reaches the most optimal state with the least amount of time, along with the necessary safety. In this research, cubic concrete samples with uniaxial compressive strength of 30 MPa and porosity of 31% have been used, and the effect of these parameters on the rate of penetration has been investigated by applying various weight on bit and angles of deviation. According to the experiments, the direct effect of the weight on bit on the penetration rate until reaching the turning point and the optimal value was observed. Also, by increasing the extra weight on bit, it causes a change in the mechanism of the bit's performance in drilling and loses its tangential state and causes the small particles of the sample to be torn off, which reduces the life of the drill bit.
    Keywords: Deviated Drilling, Penetration Rate, Drilling Parameters, Weight On Bit, Coring