با توجه به پیشینه صنعت حفاری چاه های نفت و گاز در ایران که به بیش از چند دهه باز می گردد، امروزه با مشکل افت فشار در مخازن فعلی مواجه هستیم و برای تامین نیازهای آتی نیاز به حفاری در اعماق بیشتر و برداشت از مخازن عمیق تر را داریم. با توجه به این که دما تابعی از عمق است (با در نظر گرفتن سازند همگن و ثابت بودن شیب زمین گرمایی در اعماق مختلف) و با افزایش عمق، دما افزایش می یابد، نیاز به گل های حفاری مناسبی داریم که بتوان از آن ها در شرایط دما و فشار بالا استفاده کرد و خواص رئولوژیکی مناسبی را از خود نشان دهند. در این پایان نامه مشکلات حفاری در شرایط دما و فشار بالا و امکان به کار گیری گل های حفاری پایه آبی در این شرایط مورد مطالعه قرار گرفته است.

در این تحقیق پایداری چاه در میدان گازی خانگیران بوسیله نرم افزار flac با بحث بر روی نواحی تسلیم شده ( زون پلاستیک ) برای وزن های مختلف سیال حفاری بر اساس آنالیز nyza، بررسی شده است. فشار و وزن گل حفاری در آغاز حرکت پلاستیک دیواره چاه برای سازندهای مختلف بدست آمده است. نتایج مدلسازی بیانگر آن است که حفاری با سیالی به وزن 11 پوند بر گالن باعث کاهش خطر ناپایداری دیواره چاه می گردد. همچنین تحلیل پایداری دیواره چاه در امتدادهای قائم و افقی با وزن سیال حفاری بدست آمده، انجام شده است. این تحلیل نشان داد پایداری چاه در امتداد حفاری قائم بیشتر از حفاری در امتداد افقی می باشد.امکان حفاری افقی در سازند شوریجه d با افزایش وزن گل وجود دارد در صورتی که امکان حفاری افقی در سازند شوریجه b پایین می باشد.

در این تحقیق بمنظور جلوگیری از بروز ناپایداری با استفاده از آنالیز المان محدود به بررسی و تحلیل مقدار و نحوه توزیع تنش های وارد بر چاه و همچنین عوامل موثر بر مقدار و نحوه ی توزیع این تنش ها پرداخته شده است. سپس بر اساس توزیع تنش های بوجود آمده در جداره ها (جداره فلزی و سیمانی) و سطوح تماس و کرنش های حاصل از آن ها در اجزاء داخل چاه (سیمان و لوله)، سعی شده است طراحی اجزاء طوری صورت گیرد که مشکلات ناپایداری و کرنش های بالا به حداقل برسد. در این بین سهم جداری سیمانی برای طراحی مهمتر از بقیه ی عوامل می باشد زیرا قابلیت کنترل و مانور بیشتری دارد. نتایج نشان می دهند که با افزایش نسبت پواسون و کاهش مدول یانگ سیمان (در محدوده رفتار الاستیک سیمان) خاصیت انعطاف پذیری در سیمان افزایش می یابد. نتایج همچنین نشان میدهند که سیمانهای الاستیک (سیمان با مدول یانگ پایین و نسبت پواسون بالا) پایدارترند. و مدول الاستیسیته و نسبت پواسون سیمان نیزکمترین حساسیت را نسبت به تنشهای افقی دارند.

جهت داشتن عملیات حفاری کارآمد و مقرون به صرفه، مهندسین و ناظران حفاری باید محاسبات لازم جهت پیش بینی شرایط عملیات را پیش از انجام حفاری انجام دهند. محاسبات مربوط به حفاری با هوا پیچیده هستند و نیازمند تولید و استفاده از برنامه های محاسباتی رایانه ای می باشند. در حال حاضر برنامه های پیچیده تجاری برای این امر وجود دارد. در این تحقیق از شبکه های عصبی نوع ann، gmdh و ساختار عصبی-فازی anfis برای پیش بینی و بهینه سازی سرعت حفاری با هوا و کف فشرده چاه های نفت و گاز طبیعی استفاده شده است. به منظور مدلسازی، داده های تجربی به دو دسته (79% برای آموزش و 21% برای آزمایش) تقسیم شده اند تا عملکرد سیستم مورد ارزیابی قرار گیرد. مشخصه های هواشناسی استفاده شده به عنوان ورودی، دمای موثر روزانه، میزان بارندگی و رطوبت هوا می باشد و تعداد واحدهای مصرف کننده گاز ورودی دیگر می باشد. مقادیر به دست آمده توسط مدل ها مطابقت بسیار خوبی با داده های تجربی داشته است. همچنین شبکه عصبی نوع gmdh نتایج بهتری را ارائه داده است.

مخازن کربناته خاورمیانه جزو مهمترین مخازن هیدروکربوری جهان محسوب می¬شوند بدین جهت تحریک این مخازن از اهمیت خاصی برخوردار است. از مهم ترین روش های بهبود بهره¬دهی چاه ها، اثر گذاشتن بر فیزیک سنگ مخزن می¬باشد که در آن سعی می شود تا ساختار فیزیکی سنگ مخزن تغییر کند. ازجمله مهم ترین این روش ها می توان به ایجاد شکستگی های مصنوعی در سنگ مخزن اشاره کرد. انجام این عملیات نیازمند مطالعات فراوانی پیش از اجرا می¬باشد که مطالعات ژئومکانیکی مهمترین آن¬ها می¬باشد. در این مطالعه اولین گام جمع آوری داده های موردنیاز که شامل داده های پتروفیزیکی (مثل نگار تصویری , تخلخل , چگالی و...)، اطلاعات مربوط به تکمیل چاه (نوع لوله جداری و سیمان استفاده شده) و اطلاعات زمین شناسی مخزن است. در گام بعدی با استفاده از داده¬های پتروفیزیکی و رابطه¬های تجربی، یک مدل ژئومکانیکی یک بعدی در چاه¬های موردنظر تهیه می¬شود. از این مدل یک بعدی جهت بررسی میدان های تنش موجود در اطراف دیواره چاه، فشار منفذی، پارامترهای مقاومتی سنگ مخزن همچون مدول یانگ، ضریب پواسون و مقاومت تک محوره سنگ استفاده می-شود. در ادامه بر اساس این مدل و با توجه به نتایج عملیات¬های شکست هیدرولیکی در سایر نقاط جهان بازه مناسب جهت شکست انتخاب می¬شود. بازه مورد نظر بهتر است دارای کمترین مقدار تنش¬های برجا و پارامترهای مقاومتی باشد. که این بازه در چاه شماره 10از عمق 3572 متر تا عمق 3743 متر ودر چاه شماره 12 از عمق 3592 الی 3713 متر است. پس از انتخاب بازه بر اساس شرایط بازه مذکور و ویژگی¬های مدل¬های دو بعدی اقدام به مدل¬سازی شکستگی در بازه انتخابی به وسیله نرم افزار frac cade و gohfer می¬شود. در هردو نرم افزار داده¬های تکمیل چاه و سیال شکست و میزان و نوع پروپانت یکسان است. بر اساس مدل ساخته شده، فشار شکست و طول شکستگی در چاه¬ها در هر دو نرم افزار مشابه هستند. و تفاوت کمی میان آن¬ها وجود دارد که این تفاوت به دلیل روش¬های متفاوت مدل¬سازی و هندسه¬ای است که این نرم افزارها در نظر می¬گیرند. برای چاه شماره 10 با نرخ تزریق m3/min3 و فشار شکست mpa 41 طولی برابر 8/243 متر در نرم افزار frac cade و230 متر در نرم افزار gohfer بدست می¬آید. این طول برای چاه شماره 12 که با نرخ تزریق m3/min 7/2 و فشار شکست mpa 40 مدل¬سازی شد در نرم افزار frac cade 4/213 متر و در نرم افزار gohfer مقدار 120 متر می¬باشد. در پایان مطالعه پارامتری و حساسیت سنجی بر روی پارامترهای موثر انجام شد. بررسی¬ها نشان می¬دهد در میان این پارامترها تنش¬ها، مدول یانگ، ضریب پواسون و نرخ تزریق از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.

در مخازن نفتی به منظور افزایش تولید و ضریب بازیافت مبحث تزریق سیال یکی از مهم¬ترین مباحث در مهندسی نفت می باشد. در مطالعه سه بعدی و عددی مخازن نفتی توسعه نیافته به علت وجود عدم قطعیت فراوان نمی¬توان به جواب نهایی اعتماد کرد. به همین علت، در آغاز شبیه¬سازی، شناخت و رتبه¬بندی تأثیرگذارترین پارامترهای عدم قطعیت در واقع همان آنالیز عدم قطعیت را باید انجام داد و سپس تأثیر این پارامترها برروی نتایج شبیه¬ساز را تعیین کرد. با استفاده از روش قدیمی تعداد بسیار زیادی شبیه سازی متناسب با مقادیر مختلف پارامترهای عدم قطعیت باید صورت گیرد که بسیار زمان¬¬بر و پرهزینه است و علاوه بر آن، در این روش تأثیر پارامترهای عدم قطعیت برهم نادیده گرفته می¬شود. در دهه¬های اخیر تلاش¬های زیادی برای یافتن روش-های محاسباتی سریع¬تر صورت گرفته است. یکی از موفق¬ترین روش¬های پیشنهادی استفاده از مدل پروکسی است. این روش به دلیل سادگی درک و صرفه¬جویی قابل توجه در زمان اجرا به¬عنوان یک روش سریع و قابل اعتماد با کارایی قابل قبول برای آنالیز عدم قطعیت و پیش¬بینی عملکرد مخزن تحت سناریوهای مختلف تولید مورد توجه قرار گرفت. استفاده گسترده از مدل¬های پروکسی منجر به معرفی روش¬های مختلفی برای ساخت و شناسایی زمینه¬های گسترده¬ای برای استفاده از این مدل¬ها گردید، که هم¬چنان مطالعه و پژوهش در مورد این مدل¬ها ادامه دارد. در این مطالعه شبکه عصبی نوع روش دسته بندی گروهی داده¬های عددی (gmdh) به عنوان یک مدل پروکسی و نظریه طراحی تجربی برای بدست آوردن پر اطلاع-ترین مجموعه داده¬ها برای آموزرش شبکه عصبی به¬کار برده شده است. نظریه طراحی تجربی اجرای شبیه¬سازها را به¬طور موثر در بازه تغییرات پارامترهای عدم قطعیت توزیع می¬کند، بنابراین تعداد اجراهای مورد نیاز برای مطالعه سیستم حداقل خواهد گردید. در ابتدا آنالیز حساسیت انجام می¬شود و بر طبق آن پارامترها با تاثیر گذاری بالاتر مشخص می¬گردد. در ادامه با شناختن پارامترهای تأثیرگذار مدل پروکسی طراحی می¬شود. شبکه عصبی یک ابزار قوی بوده که می¬تواند به¬عنوان یک مدل پروکسی استفاده شود. پس از ساخت مدل پروکسی می¬توان آن را جایگزین شبیه¬ساز سه بعدی نمود و از آن برای آنالیز حساسیت و آنالیز ریسک استفاده کرد. مدل پروکسی ساخته شده در این مطالعه برای آنالیز ریسک و پیش¬بینی عملکرد مخزن نفتی که تحت تزریق غیرامتزاجی گاز است، استفاه شده است.