مدل‌سازي اثرات تركيبي جريان‌هاي آب، يون و حرارت روي پروفيل فشار منفذي در اطراف چاه حفاري شده در سازندهاي شيلي

Modeling of Combined Effects of Water, Solute, and Heat Flows on Pore Pressure Profile near a Wellbore Drilled in Shale Formation

بهينه‌سازي غلظت نمك موجود در سيال حفاري، وزن گل، دما و ساير عوامل به منظور آناليز صحيح و كامل پايداري ديواره چاه، به ويژه در هنگام حفاري در محيط‌هاي با دما و فشار بالا و هم چنين حفاري چاه‌هاي انحرافي ضروري مي‌باشد. انتخاب صحيح اين پارامترها مستلزم درك صحيح فعل و انفعالات انجام شده بين سيال حفاري و سازند شيلي در هنگام حفاري از درون اين سازندها مي‌باشد. بررسي‌هاي ميداني نشان داده كه اثرات تركيبي گراديان‌هاي پتانسيل شيميايي و حرارتي روي جريان سيال، مي‌تواند به ميزان قابل ملاحظه‌اي فشار منفذي و در نتيجه توزيع تنش نزديك به ديواره چاه را تحت تاثير خود قرار دهد در اين تحقيق مدلي كامل براي جريان حل شونده، حلال (آب) و حرارت ارايه مي‌شود. مدل ارايه شده در اين تحقيق، هر دو محلول الكتروليتي يعني سيال حفاري و سيال موجود در درون سازند را برخلاف متون قبلي كه محلول‌ها را ايده‌آل فرض مي‌كردند، غير ايده‌آل فرض كرده است. اين فرض به منظور ارايه مدلي صحيح و واقعي از جريان سيال و يون‌ها به درون غشاهاي شيلي الزامي مي‌باشد. به دليل وجود اختلاف پتانسيل شيميايي بين محلول‌هاي الكتروليتي، آب يا همان حلال مي‌تواند از سمت غلظت حل شونده پايين يا از سمتي كه پتانسيل شيميايي آب بالا است، به سمت غلظت حل شونده بالا يا پتانسيل شيميايي كم، جريان پيدا كند. اثرات گراديان دمايي روي پايداري ديواره چاه‌هاي نفتي مي‌تواند به ويژه در حفاري‌هاي انحرافي و ازميان سازندهاي با حرارت و فشار خيلي زياد، مانند سازندهاي واقع شده در مناطق عميق دريايي و هم چنين چاه‌هاي عميق كه تغيير اندكي در دماي ديواره چاه باعث مشكلات ناپايداري زيادي مي‌شود، بسيار مهم و ضروري باشد. پروفيل فشار منفذي در اطراف چاه از حل معادلات انتقال كه در ادامه ذكر مي‌شوند، به دست مي‌آيد.

A general coupled model for the transport of solute, solvent, and heat is presented. The optimization of drilling fluid concentration, weight, etc. is crucial for wellbore stability analysis particularly in high pressure and high temperature environments, and thus the convenient selection of these parameters can be obtained from a clear understanding of the shale-drilling fluid interactions. The coupled effects of chemical potential (chemical- osmosis) and temperature gradients (thermal-osmosis) on fluid flow significantly change the pore pressure and thereby causeing the redistribution of stress around a borehole. The model presented here considers both electrolytic solutions, drilling fluid and pore fluid, as non-ideal. The assumption of non-ideality of the solutions must be taken into account to accurately model the flow of solute and water through shale membranes. Due to chemical potential gradients between the solutions, water can flow from low salt concentration to high salt concentration and an osmotic pressure is created which can significantly influence the flow of both solute and water through shale. The impacts of thermal effects on wellbore stability are especially important for offshore high temperature, high pressure, and deep wells, where a small amount of temperature change in wellbore wall can cause various instability problems. Because of these reasons, the impacts of coupled chemical and thermal effects on water flow have been studied here.