بررسي عددي فيلتراسيون استاتيك و ديناميك سيال حفاري با در نظر گرفتن تراكم‌پذيري كيك گل: مقايسه شرايط جريان دارسي و غيردارسي

يكي از دلايل اصلي آسيب سازند تهاجم سيال حفاري به داخل سازند طي عمليات حفاري مي‌باشد. از اين جهت، مدل‌سازي و حل عددي اين فرآيند در مهندسي نفت از اهميت بالايي برخوردار است. اين در حالي است كه توجه كمتري به نقش رژيم جريان در چگونگي تهاجم صافاب سيال حفاري به داخل سازند شده است خصوصاً موقعي كه كيك گل تراكم‌پذير فرض شود. در اين مطالعه، نفوذ استاتيك و ديناميك صافاب سيال حفاري پايه آبي در سيستم خطي در شرايط جريان دارسي و غيردارسي از طريق مدل‌سازي عددي بررسي شده است. در مدل‌سازي، كيك گل تراكم‌پذير، نفوذ ذرات جامد سيال حفاري به درون سازند و همچنين، سايش ذرات كيك به‌دليل تنش برشي ناشي از جريان سيال حفاري در نظر گرفته شده است. براي لحاظ كردن كيك گل تراكم‌پذير در مدل‌سازي از معادله تحليلي جديدي استفاده شده است. توزيع اشباع صافاب سيال حفاري نفوذ كرده در نمونه سنگ با استفاده از حل هم‌زمان معادله نفوذ جابه‌جايي با معادله ممنتوم در كنار موازنه جرم در سيستم به‌دست مي‌آيد. ضخامت كيك گل از حل معادله ديفرانسيل مرتبه اول با روش عددي رانگ كوتا فهلبرگ و توزيع اشباع صافاب در ناحيه تهاجم يافته از حل معادله ديفرانسيل جزئي با روش عددي زمان عقب‌گرد فضا مياني به‌دست آمد. نتايج حاصل از مدل‌سازي نشان مي‌دهد كه در نظر گرفتن تراكم‌پذيري كيك باعث مي‌شود عمق تهاجم صافاب گل در سنگ بيشتر شود و همچنين، ضخامت كيك از mm 0.015 به حدود mm 0.013 كاهش يابد. در فيلتراسيون استاتيك جريان دارسي صافاب به درون نمونه سنگ براي سناريو كيك گل تراكم‌پذير در حالتي كه نفوذ ذرات جامد به درون مغزه در نظر گرفته مي‌شود، عمق نفوذ صافاب حدوداً cm 4.4 است. از طرف ديگر، عمق نفوذ صافاب در حالتي كه نفوذ ذرات جامد در نظر گرفته نشود، به حدود cm 3.8 كاهش مي‌يابد. عمق نفوذ صافاب براي جريان دارسي در فيلتراسيون ديناميك به‌ميزان cm 1.27 بيشتر از فيلتراسيون استاتيك است. در جريان غير‌دارسي در مدت زمان min 30 فيلتراسيون ديناميك، كل طول نمونه سنگ مورد تهاجم صافاب گل قرار مي‌گيرد. نتايج حاصل از اين مطالعه مي‌تواند به درك بهتر نفوذ سيال حفاري و رشد كيك در شرايط جريان غيردارسي كه سايش كيك مؤثر از تنش برشي سيال حفاري وجود دارد، كمك كند.