بررسی عددی تغییر میدان تنش‌های کل در مخازن نفت تحت اثر فرآیند استخراج، با در نظر گرفتن رفتار غیرخطّی برای سنگ مخزن

در اثر برداشت از مخازن نفت و گاز زیرزمینی فشار منفذی در مخزن کاهش یافته، و به‌تناسب آن تنش موثّر افزایش می‌یابد. اندازه‌گیری‌های میدانی در دو دهه‌ گذشته حاکی از آن است که علاوه‌بر تغییر تنش موثّر در محدوده‌ مخزن، میدان تنش‌های کل (total stress field) نیز در داخل و اطراف مخزن می‌تواند تغییر کند. در اثر نشستی که سقف مخزن به‌دلیل وقوع تحکیم متحمّل می‌شود، از پایداری این ناحیه کاسته شده و با کاهش پایداری سقف مخزن در اثر تراکم، این ناحیه ظرفیّت سابق را برای تحمّل وزن روباره (over-burden) نخواهد داشت. این پدیده موجب بازتوزیع تنش (stress redistribution) در داخل و اطراف مخزن می‌گردد. علّت رخداد بازتوزیع تنش به پدیده‌ &قوس‌زدگی تنش (stress arching) نسبت داده می‌شود. با کاهش پایداریِ ناحیه‌ سقف مخزن، بخشی از باری که پیشتر توسط سقف مخزن تحمّل می‌شد به نواحی پایدارتری نظیر جوانب مخزن (side-burden) منتقل می‌گردد. هدف پژوهش حاضر، بررسی وقوع و چگونگی تغییر در تنش‌های کلّ افقی و قائمِ پیرامون مخازن نفت و گاز در اثر برداشت به‌وسیله‌ شبیه‌سازی کاملاً همبسته‌ هیدرومکانیکی (hm) می‌باشد. در این تحقیق، جهت شبیه‌سازی بهتر روند استخراج سیّال از مخزن و به‌منظور لحاظ نمودن اثر عملیّات تولید بر خصوصیّات ژئومکانیکی سنگ مخزنِ در حال تخلیه (depleting zone) از مدل رفتاری الاستیک غیرخطّی استفاده گردیده‌‌است. در بخش نخستِ این پژوهش، مقایسه‌ای میان مقدار تنش‌های کل در اطراف سه مخزنِ متفاوت از نظر پهنا، در دوره‌های زمانی مختلفِ تولید صورت گرفته‌است. در بخش دوّم، اثر اختلاف میان سختی اوّلیّه‌ سنگ مخزن و سنگ پیرامون آن بر شدّت اثر پدیده‌ قوس‌زدگی تنش به‌وسیله‌ در نظر گرفتن سه نسبت سختی متفاوت، مورد بررسی قرار گرفته‌است. مطالعات انجام‌شده نشان می‌دهند که تغییرات در میدان تنش‌های کل قابل توجّه بوده و لحاظ نمودن اثر آن در جنبه‌های مختلف تولید و توسعه‌ میادین (field development) ضروری می‌باشد.

numerical investigation of total stresses change in oil reservoirs due to extraction, considering non-linear behavior for the reservoir rock

as a result of extraction from underground oil reservoirs, the pore pressure in the reservoir decreases and the effective stress increases accordingly. field measurements in the past two decades have shown that in addition to the change of effective stress, the total horizontal and vertical stress field can also change in and around the reservoir. as a result of the settlement that occurs at the upper part of the reservoir due to the consolidation phenomenon, the stability of this area is reduced and it causes “stress redistribution” inside and around the reservoir. the mechanism of stress redistribution is attributed to the “stress arching” phenomenon. by the stability reduction at the roof of the reservoir due to the compaction, this area will no longer bear the whole over-burden weight. a part of the over-burden is transferred to more stable areas such as the sides of the reservoir. the current research aims to investigate how the total stresses change around oil and gas reservoirs due to the extraction by a fully-coupled hydro-mechanical (hm) simulation. in order to simulate the process of fluid extraction from the reservoir and to consider the effect of production operations on the geo-mechanical properties of the depleting zone, a non-linear elastic constitutive model has been used. in this research, a comparison is made between the amounts of the total stresses in the surrounding rock of three different reservoirs in terms of width. in addition, the effects of the difference between the initial stiffness of the reservoir rock and the surrounding medium on the intensity of the stress arching phenomenon are investigated by considering three different stiffness ratios. the conducted studies show that the changes in the total stresses are significant and it is necessary to consider their effect on aspects of the production and the development of field.