توسعه مدل تحلیلی برهم کنش سنگ و سرمته با در نظر گرفتن تنش‌های برجا و موردکاوی برای یکی از میادین نفتی ایران

امروزه استفاده از سرمته‌های دندانه الماسی مصنوعی (pdc) در صنعت نفت به‌ویژه در حفاری‌های عمیق گسترش‌یافته است. از همین رو، با توجه به قیمت بالای این نوع سرمته‌ها، شناخت و تحلیل مدل برهم‌کنش این نوع سرمته با سنگ حائز اهمیت فراوان است. تاکنون مدل‌های ریاضی زیادی برای تبیین برهم‌کنش سنگ و سرمته ارائه‌شده است که یکی از مهم‌ترین این مدل‌ها، مدل تحلیلی نیشیماتسو می‌باشد. تمامی مدل‌های موجود، برهم‌کنش سنگ و سرمته را در شرایط محیطی مدل‌سازی کرده‌اند؛ حال‌آنکه در حفاری واقعی، سنگ تحت تنش‌های برجای زمین نیز قرار دارد. ازاین‌رو میزان نیروی اعمالی توسط سرمته برای کندن سنگ بسیار متفاوت از شرایط محیطی خواهد بود. تلاش‌های بعدی برای توسعه مدل نیشیماتسو در شرایط حفاری، فرض کرده‌اند که سنگ در همان زاویه‌ای دچار شکست می‌شود که در شرایط محیطی می‌شکند؛ این در حالی است که با تغییر عمق و در نتیجه تغییر تنش‌های برجای وارده به سنگ، زاویه شکست متفاوت خواهد بود. در این مقاله، با حذف این فرض ساده شونده، مدل تحلیلی نیشیماتسو برای شکست سنگ، مبتنی بر شرایط واقعی حفاری توسعه داده‌شده و برای داده‌های یکی از میادین ایران، مورد کاوی شده است. نتایج نشان می‌دهد حذف این فرض ساده شونده منجر به کاهش خطای 15-20% در محاسبه زاویه شکست و نیروی لازم برای شکست می‌شود.

Developing an analytical rock-bit interaction model considering in-situ stresses and case study for one of Iranian oil fields

Use of PDC bits in oil industry has been increased in recent years despite the fact that they are more expensive than roller cone bits. Therefore, developing a comprehensive rockbit interaction model for this type of bits is too important. Previously, several mathematical models have been proposed for modeling rockbit interaction. Most of these models (e.g. Nishimatsu’s model) do not consider the effects of insitu stresses at all. Some other models assume that the values of rock failure angle at downhole and ambient conditions are equal. In fact, even though these models use insitu stresses to calculate the cutting force, they do not consider insitu stresses in analytical modeling. In this work, an analytical relation for rock failure angle including insitu stresses is derived. Based on this relation, a novel analytical rockbit interaction model to predict cutting force is presented. Applying field data on mentioned models results in improving rock failure angle and cutting force calculations for about 1520%.