ارايه يك مدل توام ژئومكانيكي- هيدروديناميكي براي پيش‌بيني ماسه‌دهي

A coupled Geomechanics-Hydrodynamic model for numerical prediction of sand production

در صنعت نفت به توليد ذرات يا تكه‌هاي به هم چسبيده ماسه همراه با سيالات مخزن، ماسه‌دهي گفته مي‌شود. در ماسه‌دهي از چاه‌هاي نفت معمولا دو مكانيسم اصلي دخيل مي‌باشد. مكانيسم اول ناپايداري مكانيكي و خرد شدن سنگ در مجاورت گمانه چاه بوده و مكانيسم بعدي، ناپايداري هيدروديناميكي ناشي از اعمال نيروي تراوش بر مصالح خرد شده است. در اين مقاله با در نظر گرفتن هر دو مكانيسم مزبور، يك مدل عددي براي پيش‌بيني شروع و ميزان ماسه‌دهي پيشنهاد شده است. پياده‌سازي مدل در يك برنامه اجزاي محدود با توام‌سازي صريح معادلات جريان سيال و تغييرشكل اسكلت جامد تشريح شده است. مدل پيشنهادي با حذف المان‌هاي ارضاء كننده معيار ماسه‌دهي و همچنين تكه سنگ‌هاي نسبتا بكر جدا شده از مخزن، قادر به نمايش تغييرات هندسي حفره در اثر ماسه‌دهي مي‌باشد. اين مدل با استفاده از نتايج چاپ شده يك آزمايش ماسه‌دهي بر روي مغزه مشبك‌كاري شده از يك سنگ مخزن، كاليبره شده و مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج مدل در قالب شروع و ميزان ماسه‌دهي، انطباق مناسبي را با نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهد كه بيانگر قابليت استفاده از آن در تحليل ماسه‌دهي چاه‌هاي نفت است.

In the oil industry, production of sand particles or detached sand clumps together with the formation fluids is called sand production. Sand production in oil wells is usually related to two fundamental mechanisms. The first mechanism is mechanical instability and degradation of the rock in the vicinity of the wellbore and the other is hydrodynamical instability due to flow induced drag force on the degraded material. In this paper, considering both the mechanisms, a new numerical model for predicting the onset of sanding as well as the amount of sanding is proposed. Implementation of the model in an explicitly coupled flow and deformation finite element program is described. The proposed model by removing the elements that have satisfied the sanding criteria as well as isolated rock chunks from reservoir can capture cavity evolution associated with sand production. The model is calibrated and validated against published results of a sanding experiment in a perforated reservoir rock. Results of the model in terms of initiation and amount of sanding are compares well with the experimental observations which suggests it can be used for sanding analysis of oil wells.