انتخاب پهنه مناسب برای عملیات شکافت هیدرولیکی در سازندهای ایلام و سروک در یکی از چاه-های نفتی میادین جنوب غربی ایران
محورهای موضوعی :مهران کلهری 1 * , سجاد قره چلو 2 , سپیده یاسمی خیابانی 3
1 - جهاد دانشگاهی دانشگاه شهید بهشتی
2 - گروه زمینشناسی نفت، پژوهشکده علوم پایه کاربردی
3 - گروه زمینشناسی نفت، پژوهشکده علوم پایه کاربردی
کلید واژه: شکاف هیدرولیکی, خوشهبندی سلسله مراتبی, پهنه¬بندی مکانیک سنگی, موانع تنشی, پهنه کاندید شکاف هیدرولیکی,
چکیده مقاله :
چکیده
شکاف هیدرولیکی یکی از روشهای انگیزش چاه است که بهصورت گسترده در مخازن نفتی و گازی دنیا در حال انجام میباشد. انتخاب پهنه مناسب برای عملیات شکاف هیدرولیکی از نظر اقتصادی بسیار کلیدی است. پارامترهای ژئومکانیکی در انتخاب پهنههای کاندید بسیار مؤثر و پر اهمیت میباشند. از جمله مهمترین پارامترهای ژئومکانیکی میتوان به اندازه و جهتیابی تنش افقی مینیمم و ویژگی های مکانیک سنگی سازند اشاره کرد. در این مطالعه، چگونگی پهنه بندی و انتخاب پهنه مناسب، با استفاده از تعیین پهنههای تنشی از تنش افقی مینیمم، تعیین پهنههای مکانیک سنگی با استفاده از پارامترهای مکانیک سنگی و با تلفیق این نتایج با حد برشهای مجاز برای تخلخل و تروایی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا، پارامترهای مکانیک سنگی شامل مدول یانگ، نسبت پواسون، مقاومت فشاری تک محوری، چقرمگی شکست، و اندیس شکنندگی سنگ با استفاده از لاگهای چاه و با بهکارگیری روابط تجربی مختلف استخراج شدهاند. با اعمال روش خوشهبندی سلسله مراتبی بهعنوان یکی از روشهای یادگیری بدون نظارت یادگیری ماشین بر روی این دادهها، شش خوشه تعیین شدهاند که با استفاده از این خوشهها بازه مخزنی به 13 پهنهA تا M تقسیمبندی شده است. با محاسبه مقادیر تنشهای اصلی و فشار منفذی، از تنش افقی مینیمم برای تعیین پهنههای تنشی که با موانع تنشی محدود شدهاند استفاده شده است که برای بازه مورد مطالعه در چاه شش پهنه تنشی مشخص شده است. با بررسی و تلفیق نتایج پهنه بندی مکانیک سنگی، پهنههای تنشی و پارامترهای مخزنی تخلخل و تروایی به انتخاب پهنههای مناسب برای شکاف هیدرولیکی پرداخته شده است که پهنههای تنشی شش، سه، و پنج بهعنوان مناسبترین پهنهها انتخاب شدهاند.
Abstract
Hydraulic fracturing is one of the most widely used well stimulation methods in oil and gas reservoirs worldwide. Economically, selecting the appropriate zone for hydraulic fracturing operations is highly critical. Geomechanical parameters play a significant and influential role in identifying candidate zones. Among the most important geomechanical parameters are the magnitude and orientation of the minimum horizontal stress and the rock mechanical properties of the formation. In this study, the process of zonation and selecting the optimal zone is investigated using stress zone identification based on minimum horizontal stress, rock mechanical zonation based on rock mechanical parameters, and integrating these results with acceptable thresholds for porosity and permeability. First, rock mechanical parameters such as Young’s modulus, Poisson’s ratio, Uniaxial Compressive Strength, fracture toughness, and rock brittleness index were extracted from well logs using various empirical correlations. Hierarchical clustering, as an unsupervised machine learning method, was then applied to these data, resulting in six clusters. Based on these clusters, the reservoir interval was divided into 13 zones labeled A to M. By calculating the principal stresses and pore pressure, the minimum horizontal stress was used to determine stress zones bounded by stress barriers, identifying six stress zones within the studied interval in the well.
Finally, by analyzing and integrating the results of rock mechanical zonation, stress zonation, and reservoir parameters (porosity and permeability), appropriate zones for hydraulic fracturing were selected. Stress zones 6, 3, and 5 were identified as the most suitable zones for hydraulic fracturing operations.
شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب، 1393. انجام آزمایش نشت و نشت گسترده در چاه XX، ایران، گزارش شماره پ-7991.
شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب، 1389. تفسیر نمودار تصویری، گزارش شماره پ-6756.
Archer, S. and Rasouli, V., 2012. A log based analysis to estimate mechanical properties and in-situ stresses in a shale gas well in North Perth Basin. Petroleum and Mineral Resources, 21: 122-135.
Economides, M.J. and Nolte, K.G., 1989. Reservoir Stimulation. 2nd ed.
Fjaer, E., Holt, R.M., Horsrud, P. and Raaen, A.M., 2008. Petroleum Related Rock Mechanics. Vol. 53, Elsevier.
Hibbeler, J. and Rae, P., 2005. Simplifying Hydraulic Fracturing: Theory and Practice. SPE-97311.
Huang, X.R., Huang, J.P., Li, Z.C., Yang, Q.Y., Sun, Q.X. and Cu, W., 2015. Brittleness index and seismic rock physics model for anisotropic tight-oil sandstone reservoirs. Applied Geophysics, 12: 11-22.
Jahandideh, A. and Jafarpour, B., 2016. Optimization of hydraulic fracturing design under spatially variable shale fracability. Journal of Petroleum Science and Engineering, 138: 174-188.
James, G.A. and Wynd, J.G., 1965. Stratigraphic nomenclature of Iranian Oil Consortium Agreement Area. AAPG Bulletin, 49: 2182-2245.
Jin, X., Shah, S., Roegiers, J.C. and Hou, B., 2014. Breakdown Pressure Determination: A Fracture Mechanics Approach. USA: SPE.
Kalhori, M., Mehrabi, H., Sfidari, E. and Khiabani, S.Y., 2024. Target zone selection for hydraulic fracturing using sedimentological and rock mechanical studies with the support of the machine learning method of cluster analysis. Geoenergy Science and Engineering, 237: 212826.
Legarth, B., Huenges, E. and Zimmermann, G., 2005. Hydraulic fracturing in a sedimentary geothermal reservoir: Results and implications. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 42: 1028-1041.
Meng, F., Zhou, H., Zhang, C., Xu, R. and Lu, J., 2015. Evaluation methodology of brittleness of rock based on post-peak stress-strain curves. Rock Mechanics and Rock Engineering, 48: 1787-1805.
Schlumberger, 2003. Using Borehole Imagery to Reveal Key Reservoir Features. In: Reservoir Optimization Conference, Tehran, Iran.
Usman, U., Marino, D. and Soelistijono, M., 2010. Study on Productivity Improvement of Low Permeability Gas Reservoir by Hydraulic Fracturing. Scientific Contributions Oil and Gas, 33(2): 120-128.
Warpinski, N.R., Clark, J.A., Schmidt, R.A. and Huddle, C.W., 1982. Laboratory Investigation on the Effect of In-situ Stresses on Hydraulic Fracture Containment. Society of Petroleum Engineers Journal, 22(3): 333-340.
Willis, R.B., Fontaine, J., Paugh, L. and Griffin, L., 2005. Geology and Geometry: A Review of Factors Affecting the Effectiveness of Hydraulic Fractures. SPE-97993.
Wright, C.A., Weijers, L., Davis, E.J. and Mayerhofer, M., 1999. Understanding Hydraulic Fracture Growth: Tricky but Not Hopeless. SPE-56724.
Wu, B., Wei, X., Wang, W., Li, J., Liu, T. and Wang, X., 2022. Effect of Stress and Material Barriers on Hydraulic Fracture Height Containment in Layered Formations. Environmental Earth Sciences, 81(1): 255.
Xu, W., Prioul, R., Berard, T., Weng, X. and Kresse, O., 2019. Barriers to Hydraulic Fracture Height Growth: A New Model for Sliding Interfaces. SPE-194327.
Zoback, M.D., 2010. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press.