الهبوط وتقدير الإجهاد الفعال باستخدام تقنيات العناصر المحدودة لحقل نفط عراقي

المؤلفون

  • علي خليل فرج Department of Petroleum Technology, University of Technology, Baghdad, Iraq
  • امين كريم صالح Department of Petroleum Technology, University of Technology, Baghdad, Iraq
  • حسن عبد الهادي عبد الحسين Petroleum Research and Development Center, Ministry of Oil, Baghdad, Iraq
  • علي ناهي عبد الحسناوي Petroleum Research and Development Center, Ministry of Oil, Baghdad, Iraq

DOI:

https://doi.org/10.52716/jprs.v14i4.882

الكلمات المفتاحية:

Subsidence, Effective Stresses, Finite Element, Zubair oil field.

الملخص

تعتبر المشاكل الجيوميكانيكية من أهم المشاكل التي تحدث في حقل الزبير النفطي، تتطلب معالجة هذه المشاكل الكثير من الوقت (وقت غير منتج) وبالتالي يزيد من تكلفة حفر البئر. إن عدم استقرار حفرة البئر، وهبوطها، وانضغاط الخزان، وتحطم الغلاف، وتلف الأنابيب، وركل البئر هي المشاكل الجيوميكانيكية الرئيسية التي تواجه عملية الحفر في تشكيل مشرف، حقل الزبير النفطي. تتمثل الأهداف الرئيسية لهذه الدراسة في تقدير التغيرات في الضغوط وقيم الهبوط اللاحقة لهذا المجال خلال فترات الإنتاج والحقن. هذه القيم التقديرية، يمكن تجنب العديد من المشاكل، وبالتالي زيادة كفاءة الحفر.

تهدف هذه الدراسة إلى تقديم اقتران أحادي الاتجاه بين نموذج الخزان والنموذج الجيوميكانيكي باستخدام طريقة العناصر المحدودة. تم استخدام تقنية العناصر المحدودة في برنامج CMG 2018 لتقدير حالات الإجهاد أثناء عمليات الإنتاج أو الحقن في مجال الاهتمام هذا.

أظهرت نتائج نموذج العناصر المحدودة ثلاثية الأبعاد أن الضغط الرأسي الفعال يرتفع بمقدار 32 رطل/ بوصة مربعة أثناء الإنتاج بينما يزيد الضغط الأفقي الفعال بمقدار 16 رطل/ بوصة مربعة. يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن الاختلافات في ضغط المسام لها تأثير ضئيل أو معدوم على الإجهاد الرأسي الكلي الناتج عن الوزن. أوضحت نتائج هذه الدراسة أن طريقة العناصر المحدودة هي طريقة متحفظة لاقتران جيوميكانيكا الخزان وتدفق السوائل. كانت قيم الهبوط 6.096 ملم في الجزء الشمالي من قبة الحمر، بينما كان الهبوط في المركز -5.1816 ملم، اما  قبة الشعيبة لها هبوط سلبي يبلغ حوالي -9.75 ملم. من المهم أن نلاحظ أن هبوط النتائج الإيجابية يدل على ضغط حجم المسام، والذي قد يكون له تأثير على نفاذية ومسامية الخزان الصخري. نتيجة لتشوه الهبوط السلبي، من المتوقع حدوث حالات فشل مختلفة بما في ذلك تلف غلاف البئر، وفشل حفرة البئر، وتحطم الأنابيب. بناءً على هذه النتائج، يمكن أن يتسبب الإنتاج في زيادة الضغط التفاضلي، مما يؤدي إلى فشل قص الصخور وفي حالات الحقن، يمكن أن يؤدي زيادة ضغط المسام إلى فشل الصخور الشد.

المراجع

J. Whaley, "An Introduction to Geomechanics", GEO ExPro Journal, 2019.

J. Wang, and X. Ye, “A weak Galerkin finite element method for second-order elliptic problems", Journal of Computational and Applied Mathematics, vol. 241, pp.103-115, 2013. https://doi.org/10.1016/j.cam.2012.10.003

F. Pan, K. Sepehrnoori, and L. Chin, "November. Development of a coupled geomechanics model for a parallel compositional reservoir simulator," In SPE Annual Technical Conference and Exhibition, One Petro, 2007. https://doi.org/10.2118/109867-MS

A. K. Faraj, A. K. Salih, H. A. Abdul Hussein, and A. N. Abed Al-Hasnawi, “Variation of total stresses during field operation using finite element technique, Zubair oil field,” Iraqi Journal of Oil and Gas Research (IJOGR), vol. 3, no. 1, pp. 25–42, 2023. https://doi.org/10.55699/ijogr.2023.0301.1036

A. Vedernikova, M. Parrillo, S. Akel, and D. Mardanov, "January. Overcoming Challenges in the West Qurna-2 Drilling Campaign", In SPE/IADC Middle East Drilling Technology Conference and Exhibition, One Petro, 2016. https://doi.org/10.2118/178198-MS

A. K. Faraj, H. A. Abdul Hussein, and G. H. Jani,"Estimation of Static Young Modulus for the Third section in Zubair Oil Field: A Comparison Study", Journal of Petroleum Research and Studies, vol. 13, no. 2, pp.16-31, 2023. https://doi.org/10.52716/jprs.v13i2.693

J. S. Bell, "Practical methods for estimating in situ stresses for borehole stability applications in sedimentary basins", Journal of Petroleum Science and Engineering, vol.38, no. (3-4), pp. 111-119, 2003. https://doi.org/10.1016/S0920-4105(03)00025-1

D. Y. Ding, "Coupled simulation of near-wellbore and reservoir models", Journal of Petroleum Science and Engineering, vol. 76, no. (1-2), pp. 21-36, 2011. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2010.12.004

J. Zhang, "Pore pressure prediction from well logs: Methods, modifications, and new approaches”, Earth-Science Reviews, vol. 108, no. (1-2), pp. 50-63, 2011. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2011.06.001.

B. J. Mac Donald, "Practical stress analysis with finite elements", Glasnevin publishing, Ireland, 2007.

W. E. Pratt, and D. W. Johnson, “Local subsidence of the Goose Creek oil field”, The Journal of Geology, vol. 34, no. 7, part 1, pp. 577-590, 1926.

D. Kosloff, R. F. Scott, and J. Scranton, "Finite element simulation of Wilmington oil field subsidence: I. Linear modelling", Tectonophysics, vol. 65, no. 3-4, pp. 339-368, 1980. https://doi.org/10.1016/0040-1951(80)90082-7

D. R. Allen, “Physical changes of reservoir properties caused by subsidence and repressuring operations”, Journal of Petroleum Technology, vol. 20, no. 01, pp. 23-29, 1968. https://doi.org/10.2118/1811-PA

R. F. Yerkes, and R. O. Castle, "Surface deformation associated with oil and gas field operations in the United States”, Land subsidence: proceedings of the Tokyo Symposium, vol. 1, pp. 55-56, 1970.

H. A. Merle, C. J. Kentie, G. Van Opstal, and G. M. Schneider, "Bachaquero study: a composite analysis of the behavior of a compaction drive/solution-gas drive reservoir”, (No. CONF-750924-), Shell Internat. Petr. Mij. BV, 1975.

J. B. Schoonbeek, "April. Land subsidence as a result of natural gas extraction in the province of Groningen", In SPE European Spring Meeting, One Petro, 1976. https://doi.org/10.2118/5751-MS

T. Okumura, "Analysis of land subsidence n Nîgata", Proc. 1st Int. Symp. on Land Subsidence, Publication 88 and 89 of the Int. Assoc. of Hydrologic Science and UNESCO, Vol. I, p. 130, 1969.

R. W. Lewis, and Y. Sukirman, "Finite element modelling for simulating the surface subsidence above a compacting hydrocarbon reservoir", International journal for numerical and analytical methods in geomechanics, vol. 18, no. 9, pp. 619-639, 1994.doi: https://doi.org/10.1002/nag.1610180904

M. J. Mes, "Ekofisk Reservoir Voidage and Seabed Subsidence", Journal of Petroleum Technology, vol. 42, vol. 11, pp. 1434-1438, 1990. https://doi.org/10.2118/19821-PA

A. K. Faraj, H. Abdul Hussein, and A. Abed Al-Hasnawi, “Estimation of internal friction angle for the third section in Zubair Oil Field: A comparison study,” Iraqi Journal of Oil and Gas Research (IJOGR), vol. 2, no. 2, pp. 102–111, 2022. https://doi.org/10.55699/ijogr.2022.0202.1031

M. Mohajjel, and C. L. Fergusson, "Dextral transpression in Late Cretaceous continental collision, Sanandaj–Sirjan Zone, western Iran", Journal of Structural Geology, vol. 22, no. 8, pp. 1125-1139, 2000. https://doi.org/10.1016/S0191-8141(00)00023-7

T. Buday, S. Z. Jassim, "The regional geology of Iraq, tectonism, magmatism, and metamorphism", GEOSURV, Baghdad, Iraq,1987.

H. S. Almalikee, and S. Sen. "Present-day in situ pore pressure distribution in the tertiary and cretaceous sediments of Zubair oil field, Iraq", Asian J. Earth Sci., vol. 13, no. 1, pp. 1-11, 2020. https://doi.org/10.3923/ajes.2020.1.11

T. K. Al-Ameri, M. S. A. Jafar, and J. Pitman, "Modeling Hydrocarbon Generations of the Basrah Oil Fields, Southern Iraq”, Based on Petromod with Palynofacies Evidence, AAPG Annual Convention and Exhibition, Houston, Texas, pp. 10-13, 2011. https://doi.org/10.3997/2214-4609-pdb.287.1176781

D. L. Logan, “A first course in the finite element method”, vol. 4. Thomson, 2011.

S. W. Sloan, and A. J. Abbo, "Biot consolidation analysis with automatic time stepping and error control Part 1: theory and implementation", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, vol. 23, no. 9 pp. 467-492, 1999. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-9853(199905)23:6%3C467::AID-NAG949%3E3.0.CO;2-R

K. Terzaghi, R. B. Peck, and G. Mesri, "Soil Mechanics in Engineering Practice (2n edn)", John wiley & sons, New York, 1967.

P. B. Bochev, and M. D. Gunzburger, "Least-squares finite element methods", Springer Science & Business Media, vol. 166, 2009.

J. Bramble, R. Lazarov, and J. Pasciak, “A least-squares approach based on a discrete minus one inner product for first order systems”, Mathematics of Computation, vol. 66, no. 219, pp. 935-955, 1997.

Z. Cai, X. Ye, and H. Zhang, "Least‐squares finite element approximations for the Reissner‐Mindlin plate", Numerical linear algebra with applications, vol. 6, no. 6, pp. 479-496, 1999. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1506(199909)6:6<479::AID-NLA172>3.0.CO;2-K

P. B. Bochev, and M. D. Gunzburger, "Accuracy of least-squares methods for the Navier-Stokes equations", Computers & fluids, vol. 22, no. 4-5, pp. 549-563, 1993. https://doi.org/10.1016/0045-7930(93)90025-5

L. Mu, J. Wang, and X. Ye, "A least-squares-based weak Galerkin finite element method for second order elliptic equations", SIAM Journal on Scientific Computing, vol. 39, no. 4, pp. A1531-A1557, 2017. https://doi.org/10.1137/16M1083244

D. J. Reddish, and B. N. Whittaker, "Subsidence: occurrence, prediction and control", Elsevier, 2012.

G. Gambolati, G. Ricceri, W. Bertoni, G. Brighenti, and E. Vuillermin, "Mathematical simulation of the subsidence of Ravenna", Water Resources Research, vol. 27, no. 11, pp. 2899-2918, 1991. https://doi.org/10.1029/91WR01567

R. Hillis, "Pore pressure/stress coupling and its implications for seismicity", Exploration Geophysics, vol. 31, no. 1-2, pp. 448-454, 2000. https://doi.org/10.1071/EG00448

التنزيلات

منشور

2024-12-18

كيفية الاقتباس

(1)
Faraj, A. K. .; Salih, A. K. .; Abdul Hussein, H. A. .; Abed Al-Hasnawi, A. N. . الهبوط وتقدير الإجهاد الفعال باستخدام تقنيات العناصر المحدودة لحقل نفط عراقي. Journal of Petroleum Research and Studies 2024, 14, 16-36.

الأعمال الأكثر قراءة لنفس المؤلف/المؤلفين