Skip to main content
SUPERVISOR
Alireza Baghbanan,Hamid Hashemalhosseini
علیرضا باغبانان (استاد مشاور) حمید هاشم الحسینی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Taghichian
علی تقی چیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1395

TITLE

Geomechanical Investigation of Unconventional Reservoirs with Particular Attention to Coring and Optimization of Hydraulic Fracturing
Depletion of conventional reservoirs has resulted unconventional reservoirs to come into the play. However, conventional drilling and completion methods are not applicable for these reservoirs. The permeability of these reservoirs is about six orders of magnitude lower than conventional resources. As a result, unconventional drilling (drilling of multilateral horizontal wells in the direction of minimum horizontal stress), unconventional core tripping (optimization of core velocity depending on the porothermomechanical properties of the reservoir rock), and unconventional completion (simultaneous multistage hydraulic fractures perpendicular to the horizontal wellbores) are of paramount importance in order to obtain correct geomechanical data from these reservoirs and having the highest connectivity of the reservoir and the wellbore. In this dissertation, real geomechanical data exploited from different references for six different shale plays are reported. In addition, depending on the mineral content and their variation in each of these shale plays, the geomechanical property of each mineral, Voigt-Reuss-Hill averaging, and Monte Carlo stochastic algorithm, a set of porothermoelastic data are obtained and reported as mean values (the most probable value) and their standard deviation. Thereafter, FLAC3D fully coupled porothermoelastic simulation method is used for these six shale plays in order to determine the optimized core tripping velocity depending on the porothermoelastic properties (real and Monte Carlo). Finally, depending on three major factors as stress shadow effect, stress intensity factor, and aperture of hydraulic fractures, a robust semi-analytical geomechanical optimization methodology is presented for hydraulic fracturing of these reservoirs. Trip velocity optimization can be used in order to decrease the risk of core damage towards having accurate geomechanical data from intact undamaged cores. Moreover, the presented geomechanical optimization methodology can be used as input for reservoir simulators as ECLIPSE, Schlumberger in order to determine the best geomechanically optimized pattern with the highest production. Keywords : hydraulic fracturing, simultaneous multistage techniques, stress shadow effect (SSE), stress intensity factor (SIF), fracture aperture (FA), unconventional reservoirs; core retrieval; core damage; poroelasticity; porothermoelastic response; characteristic time; tripping velocity.
. با توجه به رو به اتمام بودن مخازن متعارف، اهمیت مخازن غیرمتعارف روز­به­روز بیشتر احساس می­شود. این مخازن از دیدگاه ژئومکانیکی دارای تفاوتهای چشمگیری با مخازن متعارف بوده و استخراج هیدروکربن از این مخازن با استفاده از روشهای متعارف امکان پذیر نمی­باشد. از آنجایی که میزان نفوذپذیری در این مخازن بسیار کمتر از مخازن متعارف می باشد (تقریباً شش مرتبه کوچکتر؛ حدود یک میلیونیم)، ایجاد بیشترین ارتباط بین مخزن و چاه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. لذا، این مخازن بایستی بر اساس فناوری غیرمتعارف تحت حفاری و تکمیل قرار گرفته تا قابلیت استخراج اقتصادی را داشته باشند. فناوری غیرمتعارف حفاری و تکمیل از حفاری چاههای افقی مجاور همدیگر که معمولاً از یک یا دو چاه عمودی نشأت می­گیرند شروع شده، با مغزه گیری غیرمتعارف ادامه یافته، و با طراحی الگوی شکست هیدرولیکی عمود بر محور چاه های افقی بصورتهای چندگانه، همزمان، ترتیبی، و زیگزاگ بر اساس داده های حاصل از مغزه های اخذ شده، خاتمه می یابد. بدیهی است کلی? امور مطالعات ژئومکانیکی مخزن منوط به بدست آوردن مغزه های سالم و بکر از عمق می باشد. بعلت پایین بودن نفوذپذیری مغزه های غیرمتعارف، ممکن است انتقال مغزه ها به سطح زمین با باقی ماندن فشار منفذی در مغزه همراه بوده و در نهایت بالابودن فشار منفذی و حتی دمای مغزه، سبب ترک خوردگی و آسیب مغزه ها گردد. لذا، از مهمترین موارد فاز مطالعات، کنترل سرعت انتقال مغزه ها جهت حفظ تعادل مکانیک-سیال- حرارت مغزه می­باشد. طراحی الگوی شکست هیدرولیکی مناسب نیز اعم از بهینه سازی فاصل? چاه ها و فواصل شکستهای هیدرولیکی نیز از مهمترین مراحل تکمیل چاه می­باشد. در این رساله، در ابتدا با استفاده از داده های گزارشها، تحقیقات، مقالات، و کلی? منابع اطلاعاتی موجود، شش شیل غیرمتعارف آمریکا تحت شناسایی توأمان سنگ-سیال حرارت قرار گرفته و با توجه به کانی شناسی سنگ مخزن، درصد تغییرات کانیها و خواص آنها، با بکارگیری میانگین گیری ویت رویس هیل و الگوریتم تصادفی مونت کارلو، محدود? قابل اعتماد داده ها و میانگین آنها بدست آمده و با داده های حاصل از ادبیات موضوعی نیز مورد مقایسه و صحت سنجی قرار گرفته است. سپس، با استفاده از روش تفاضل محدود (FLAC 3D ) با لحاظ کردن مدلهای رفتاری توأمان سنگ متخلخل-سیال-حرارت، عملیات انتقال مغزه از عمق به سطح زمین با لحاظ شرایط مرزی واقعی (وابسته به زمان) و تغییر خصوصیات مغزه بسته به تغییرات شرایط مرزی تنش، فشار منفذی، و دما (نفوذپذیری سنگ، لزجت سیال منفذی، ظرفیت گرمایی ویژه، و هدایت حرارتی) صورت پذیرفته و بهین? سرعت انتقال برای حالتهای بحرانی ترین، بهترین، میانگین، و داده های واقعی موجود بدست آمده و گزارش شده است. همچنین با استفاده از پیش بینی کمّی اثر سای? تنش، فاکتور شدت تنش، و بازشدگی شکستهای هیدرولیکی که با استفاده از روش المان محدود (ABAQUS CAE ) در سال 2013 توسط نگارنده انجام شده است، روشهای بهینه سازی الگوی شکست هیدرولیکی در مخازن غیرمتعارف شیلی تک فازی گازی در رژیمهای چقرمگی غالب و لزجت غالب صورت پذیرفته است. پارامترهای شناسایی شد? شش شیل غیرمتعارف آمریکا، در تمامی تحقیقات عددی قابلیت کاربرد داشته و سبب می­شوند کلی? شبیه سازیها بر مبنای داده های واقعی مخزن صورت پذیرد. همچنین روش بهینه سازی سرعت انتقال مغزه، می­تواند کمک شایانی به سلامت مغزه های به سطح رسیده نماید. در پایان، الگوهای شکست هیدرولیکی که با بکارگیری رویکردهای مذکور بدست آمده است، می­توانند در کاهش هزینه های تکمیل چاههای غیرمتعارف نقش بسزایی ایفا نمایند. کلید واژه ها: شکست هیدرولیکی، تکنیک های چندگانه همزمان، اثر سایه تنش، فاکتور شدت تنش.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی