ژئومکانیک مخزن

ژئومکانیک مخزن

این کتاب بین رشته ای، رشته‌های مکانیک سنگ، زمین شناسی ساختاری و مهندسی نفت را در بر می‌گیرد تا دامنه ی وسیعی از مشکلات ژئومکانیکی، که در طول بهره برداری از مخازن نفت و گاز به وجود می‌آید را ارائه دهد. کتاب فعلی علاوه بر اینکه اکتشاف، ارزیابی و مراحل تولید و توسعه مخزن نفت را در بر می‌گیرد به بررسی مسائل کلیدی مانند: پیش بینی فشار منفذ، برآورد ارتفاع ستون هیدروکربنی و پتانسیل آب بندی گسل، تعیین مسیرهای بهینه پایداری دیواره چاه، نشاندن نقاط لوله جداری و وزن گل، تغییرات عملکرد مخزن در هنگام تخلیه و همینطور تولید گسل القا شده و فرونشست می‌پردازد. در قسمت اول کتاب، اصول اساسی ژئومکانیک به طریقی بیان شده که خوانندگان رشته‌های مختلف مفاهیم کلیدی را درک کنند. سپس تکنیک‌های تجربی و اندازه گیری عملی را قبل از نشان دادن برنامه موفق، از طریق مطالعات انجام شده از میدان‌های نفت و گاز در سراسر جهان معرفی می‌کند و باعث بهبود و کاهش هزینه‌های بهره برداری می‌شود.

مخازن ژئومکانیک مرجع عملی برای دانشمندان علوم زمین و مهندسان صنایع نفت و زمین گرمایی است و همینطور مرجعی برای محققانی است که علاقه مند به اندازه گیری تنش و کاربرد آن در زمینه مشکلات گسل و جریان سیال در پوسته زمین است.

مارک دی. زوباک، همان بنجامین ام پیج استاد علوم زمین و استاد ژئوفیزیک در دپارتمان ژئوفیزیک دانشگاه استنفورد است و به عنوان نویسنده و همکار نویسنده در حدود 250 مقاله منتشر شده همکاری داشته است که این مقالات عمدتا در مورد وضعیت تنش پوسته زمین و زمین شناسی است. وی عضو جامعه زمین شناسی آمریکا و اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا، انجمن آمریکایی که در زمینه ی پیشرفت علم و اتحادیه ی علوم زمین اروپا فعالیت می‌کند و مدال امیل وایچتر از انجمن ژئوفیزیک آلمان را در سال 2006 دریافت کرد.

کتاب فعلی مختص دانشجویان مقطع دکترا و فوق دکترا در دانشگاه استنفورد است جایی که من در آن این شانس را داشتم که  به مدت 22 سال به دانشجویانش آموزش دهم و از آنها مطالبی را یاد بگیرم. 

این کتاب حاصل تجربیاتی است که در طول سالهای تدریسم در کلاسهای دانشگاهی بین رشته ای در دانشگاه استنفورد و دوره‌های درسی کوتاه مدت مرتبط با صنعت نفت بدست آوردم. موضوع درخور توجه حضور دانشجویان رشته‌های مختلف مثل مهندسان مخزن، زمین شناسان، مهندسان حفاری و متخصصین ژئوفیزیک در دوره‌های آموزشی بود. دراین کتاب، هم مثل دوره‌های آموزشی سعی کردم  مفاهیم کلیدی را از رشته‌های متنوع به روشی هماهنگ با هم مرتبط کنم و امکان توسعه مدل جامع ژئومکانیکی یک مخزن و سازندهای بالایی آنرا را فراهم کنم. سپس چگونگی اعمال این مدل برای استفاده عملی را نشان می‌دهم. برای رسیدن به این هدف، کتاب را به سه بخش عمده تقسیم کردم : بخش اول کتاب (فصل 1-5 ) اصول اساسی مربوط به  وضعیت تنش و فشار منافذ در عمق را نشان می‌دهد و از قوانین سازنده مختلف برای توصیف دگرشکلی سنگ و گسیختگی فشاری، کششی و برشی در سنگ استفاده کردیم. قسمت دوم کتاب (فصل‌های 6-9 ) در برگیرنده ی اصول شکست دهانه چاه و تکنیک هایی برای اندازه گیری بزرگی و جهت تنش در هر جهتی از چاه‌های عمیق است. این مسئله که تکنیک‌های ارائه شده در این فصل‌ها در محیط‌های زمین شناسی  مختلف  معتبر است اثبات شده است. بخش سوم کتاب، در برگیرنده ی برنامه‌های کاربردی بخش اول و تکنیک‌های ارائه شده دربخش دوم است از این رو، فصل‌های 10-12  مسائل مربوط به پایداری چاه، جریان سیال مرتبط با شکستگی‌ها و گسل‌ها و اثرات تخلیه بر روی مخزن و سازندهای اطراف آنرا در بر می‌گیرد.

مفاهیم، تکنیک‌ها و تحقیقات ارائه شده در سراسر کتاب حاصل تجربیاتی است که از همکاران با استعدادم در طول 20 سال گذشته بدست آوردم. مری لو زوباک (قبلا با مطالعات زمین شناسی ایالات متحده آمریکا شناخته شده بود) و من اصول علم(روش شناسی) را برای تلفیق داده‌های مختلف توسعه داده ایم تا جهت‌های تنش جاری و مقادیر نسبی در پوسته زمین را نشان دهیم. همانطور که در فصل 1 خلاصه شد، مری لو و من نشان دادیم که می‌توان با توسعه نقشه‌های جامع از جهت گیری تنش و بزرگی نسبی، می‌توان وضعیت تنش پوسته را از طریق فرآیندهای زمین شناسی که امروزه فعال هستند تفسیرکرد. در فصل6 سیستم رتبه بندی کیفی را که برای کاربرد در موقعیت تنش در مرز ایالات متحده (و بعدا آمریکای شمالی) توسعه دادیم ارائه شده است. تقریبا طی 20 سال گذشته از سیستم رتبه بندی کیفی به عنوان پایه برای تمام فعالیت‌های نقشه برداری تنشی استفاده شده است که مبنایی برای جمع آوری تنش در مقیاس جهانی (طرح جهانی تنش ) با سرپرستی مری لو فراهم کرد.

 نمونه هایی را که از میدان‌های تنش منطقه ای در  فصل 1 و 6 از مناطق مختلف در سراسر جهان ارائه دادیم برگرفته از تحقیقی مشترک است که با همکاری چندی از دانشجویان سابق مقطع دکترا متل دیوید کاستیلو، لوردس کالمنارس، بلز گرولیموند و مارتین برادی انجام شده است. این اثر و بسیاری از کارهای دیگر که باهمکاری دانشجویان در دانشگاه استنفورد انجام گرفت، توسط شرکت‌های شرکت کننده در کنسرسیوم ژئوفیزیک گمانه مورد حمایت قرار گرفت. مطالب ارائه شده در  فصل 2، در مورد فشار منفذی، اشاره به کارهای توماس فینکبینر، دیوید ویپروت، بلز گرولیموند و آلوین چان دارد که همگی جزء دانشجویان سابق مقطع دکتری بودند و مفاهیمی که در این فصل ارائه شده از بحث و تبادل نظر با پیتر فلمینگز (ایالت پِن) و چریس وارد، منتج شده اند. فصل 3 در مورد الاستیسیته و قوانین سازنده است و در این بخش بر طبق تحقیقاتی که با همکاری جمعی از دانشجویان سابق مقطع دکتری مانند کارل چانگ، دن موس و پائُل هاگین انجام شد برای مخزن ماسه ای سیمان نشده از قوانین سازنده ویسکو الاستیک و ویسکوپلاستیک استفاده می‌کند. فصل 4، در مورد شکستگی سنگ است که با همکاری دوستانی متل لوردس کلمنارس و دانشجوی سابق دکتری جان توئند، و همینطور دانشجویان فوق دکتری چاندونگ چانگ و لو ورنیکو و دان موس انجام شد. جیمز بایرلی (بازنشسته USGS)  یک دکترای مشاور و مدرس تاثیرگذار رشته مکانیک سنگ است. کارهای او در در زمینه ی اصطکاک سنگ، که در فصل 4 بحث شده است در تعیین مقادیر شدت تنش در عمق پوسته حائز اهمیت است. فصل 5 در مورد شکاف‌ها  و گسل‌ها در عمق زمین است، و عمدتا بر روی مطالعات تصویربرداری روی چاه که توسط دانشجویان سابق مقطع دکترا کالین بارتن، اغاز شده بود تاکید دارد و در برگیرنده برنامه هایی است که توسط توماس فینکبینر و اسنیها چانچانی انجام شده است.

 ابتدای بخش دوم کتاب در برگیرنده ی مطالبی در مورد اندازه بزرگی و جهت تنش است. در فصل 6 به بررسی تمرکز تنش در اطراف چاه‌های عمودی و شکستگی‌های کششی و تراکمی چاه می‌پردازیم. بخشی از این تحقیقات با همکاری دن موس، مارتین برادی، دیوید ویپروت و دیوید کاستیلو، و همچنین پائُل پسکا و مارک یاروسینسکی که دارای مدرک فوق دکترا بودند انجام شده است. جان هلی و استیو هیکمن از USGS اولین همکارانی بودند که از شکاف هیدرولیکی برای اندازه گیری تنش استفاده کردند. با همکاری پائُل پسکا، مارتین برادی و دان مور، روشهای اندازه گیری تنش در چاه‌های عمودی و منحرف شده مبتنی بر شکستگی‌های چاه انجام شد. نئومی بانس و من، دانشجوی سابق دکتری روش شناسی ارائه شده در فصل 8 را توسعه دادیم تا بتوانیم برای نقشه برداری جهت تنش در چاه‌های انحرافی از نمودارهای سرعت برشی دوقطبی متقاطع استفاده کنیم.