Document
Wellbore stability model for back analysis of maximum horizontal stresses of oil fields from breakout formations.
Other titles
النمذجة الجیومیكانیكیة ثلاثیة الأبعاد لتنبؤ
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2022
Language
English
Subject
English abstract
Many oil and gas reservoirs are characterized with complex geological conditions and thin
reservoirs. In recent years, drilling lateral and multilateral wells has become the best
option to improve the reservoir productivity due to the increase in the well contact.
However, drilling issues with high severity most often occurs, e.g., borehole washouts,
breakouts, collapses, peak-offs, stuck drill pipes and drill bits, and even losses of
boreholes which lead to a non-productive time and significant increase in drilling cost. To
avoid these problems, it is important to have a good understanding of rock mechanics and
in situ stresses, especially the maximum horizontal stress around the borehole which is
critical parameter in drilling optimization and wellbore stability modeling.
In this research, three dimensional geomechanical model is adopted to improve the
prediction of the maximum horizontal stresses of the fields from the formed breakouts in
the drilling operations. The model is based on poroelastic constitutive law in conjunction
with Mogi-Coulomb shear failure criterion that considers the impact of the intermediate
principal stress, 𝜎𝜎2. The maximum horizontal stress was estimated using both Mohr Coulomb and Mogi-Coulomb failure criterion to study the impact of intermediate stress.
The results show that considering the intermediate principal stress have a significant
impact and provide a better estimation of the maximum horizontal stress from the
observed breakouts. The developed three-dimensional geomechanical model was utilized
to study nine different field cases for different rock formations. In all the studied rock
formations, the model was able to accurately predict the maximum horizontal stress that
was compatible well with the actual field observations. Moreover, a sensitivity analysis
was conducted on shale formations in Oman in order to study the effect of each parameter
individually on the estimation of the maximum horizontal stress. It has been found that
the stability model is sensitive to the rock geomechanical properties, which are cohesion
and friction angle followed by the minimum horizontal stress and pore pressure.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
تتسم خزانات النفط والغاز بأنھا ذات ظواھر جیولوجیة معقدة وبخزاناتھا الرفیعة. وفي السنوات الأخیرة، وجد بأن الحفر الأفقي والحفر الأفقي المتعدد للآبار ھو الخیار الأفضل لزیادة إنتاجیة الخزان بسبب زیادة نقاط الاتصال بالبئر. ولكن ما زالت تظھر مشاكل في الحفر في الكثیر من الحالات مثل: تمدد قطر الآبار والتشققات والانھیارات وأنابیب الحفر العالقة ورؤوس الحفر وكذلك الخسائر المتعلقة بالحفر مما یتسبب في زیادة الوقت المستغرق دون إنتاج وبالتالي زیادة تكالیف الحفر. ولتجنب ھذه المشكلات، فإن الفھم الجید لمیكانیكا الصخور والإجھاد المیكانیكي الأصلي وبالأخص أقصى إجھاد أفقي حول البئر وھو مقیاس مھم لتحسین الحفر والنمذجة الجیومیكانیكیة ثلاثیة الأبعاد. یتبنى ھذا البحث النمذجة الجیومیكانیكیة ثلاثیة الأبعاد لتطویر توقع وحساب أقصى إجھاد أفقي في الحقل من خلال التشققات الناتجة من عملیات الحفر. یستند النموذج على القانون التأسیسي المرن بالاقتران مع معیار موجي كولومب والذي یأخذ بعین الاعتبار الإجھاد الرئیسي المتوسط. وتم استخدام النمذجة الجیومیكانیكیة ثلاثیة الأبعاد لدراسة حالات حقیقیة من مختلف الحقول وتمت مناقشتھا في الدراسات السابقة لمختلف التكوینات الصخریة (رملیة، طینیة، كربونیة). ووجد في كل التكوینات الصخریة بأن النمذجة الجیومیكانیكیة قادرة على تقدیر أقصى إجھاد أفقي بصورة وتم إجراء تحلیل الحساسیة على دقیقة ووجد أیضا بأنھا متوافقة مع النتائج المعروضة في الدراسات السابقة. التكوینات الطینیة في عمان بھدف دراسة تأثیر كل مقیاس بصورة مستقلة على تقدیر وحساب أقصى إجھاد أفقي. ووجد بأن النمذجة الجیومیكانیكیة تتأثر بالخصائص الجیومیكانیكیة للصخور وھي التماسك وزاویة الاحتكاك متبوعة بأدنى إجھاد أفقي وضغط المسام. بالإضافة إلى ذلك، تم تقدیر أقصى إجھاد أفقي باستخدام كلا من معیار موھر كولومب وموجي كولومب لدراسة تأثیر الإجھاد الرئیسي المتوسط. وأوضحت النتائج بأن أخذ الإجھاد الرئیسي المتوسط بعین الاعتبار لھ تأثیر كبیر في حساب أقصى إجھاد أفقي.
Category
Theses and Dissertations