تعیین مقاومت نهایی لوله های جداری به دلیل نقش حیاتی آن ها در فازهای حفاری و تولید از اهمیت بالایی برخوردار است. پارامترهایی که در ایجاد شرایط بحرانی و متلاشی شدن لوله های جداری نقش دارند به دو دسته محیطی و ذاتی تقسیم می شوند. از جمله این پارامترها می توان به نسبت قطر به ضخامت، لنگی، نوع سازند، دمای محیط اطراف چاه، فشار منفذی و ... اشاره نمود. به منظور تعیین مقاومت نهایی لوله های جداری از روابط تجربی و روش های عددی می توان استفاده نمود. در این میان، روش های تجربی به دلیل فرضیات بسیار زیاد و عدم درنظر گیری برخی شرایط موثر در آسیب لوله های جداری، تخمین مناسبی از مقاومت نهایی لوله های جداری ارایه نمی کنند. به همین دلیل روش های عددی روشی موثر در تعیین مقاومت نهایی لوله های جداری به حساب می آیند. در مطالعه حاضر به منظور مدل سازی مقاومت نهایی و پیش بینی گسیختگی لوله جداری، ابتدا به بررسی پارامترهای موثر بر مقاومت نهایی لوله های جداری پرداخته، سپس خصوصیات مکانیکی سازند توسط نگارهای چاه تعیین گردید و در نهایت به منظور مدل سازی عددی از نرم افزار abaqus استفاده شد و تحلیل حساسیت نسبت به برخی پارامترهای موثر بر مقاومت لوله های جداری صورت گرفت. نتایج این مدل سازی سه بعدی نشان داد که ناهمسانگردی تنش و نسبت قطر به ضخامت موثرترین پارامترهای درگیر در گسیختگی لوله جداری می باشند.

طراحی مناسب مشبک کاری شامل قطر، طول و همچنین جهت بهینه آن ها از اهمیت ویژه ای در چاه های نفت دارای لوله جداری برخوردار است. در این طراحی پارامترهای گوناگونی موثرند که از میان آن ها، پارامترهای سازند و مخزن، پارامترهای لوله جداری، پارامترهای چاه و نیز وضعیت تنش های منطقه تاثیر بسزائی دارند. عدم رعایت جنبه های مکانیکی سنگی در طراحی مشبک کاری می تواند علاوه بر مشکل نمودن پدیده انفجار، باعث بروز مشکلات متعدد همچون تولید ماسه از طریق شبکه های ایجاد شده و یا ناپایداری دیواره چاه در سازندهای ضعیف و نامتراکم بهنگام تولید گردد. در گذشته، مشبک کاری جهت دار به دلیل مشکلات اجرایی چندان کاربردی نبوده است. با پیشرفت علم و آگاهی از محسنات این گونه مشبک کاری به خصوص در پایداری و کاهش احتمال تولید ماسه، کاربرد آن رو به افزایش است. از دیدگاه دیگر، از آن جهت که کیفیت مشبک کاری ارتباط مستقیم با پروسه تولید دارد، همواره یک طراحی بهینه به منظور به حد اکثر رساندن تولید بر حسب شرایط موجود موثر می باتشد. در این راستا، پیشرفت قابل ملاحظه ای در تکنولوژی اجرای مشبک کاری صورت پذیرفته است. در این گزارش ضمن تعیین جنبه های مکانیک سنگی و تأثیر آن بر طراحی مشبک کاری، تحلیل حساسیت پارامترهای هندسی مشبک کاری بر حسب نوع روش تکمیلی (طبیعی، تحریکی، کنترل تولید ماسه) بر اساس مطالعات و تجربیات صورت گفته انجام شده است. همچنین، توسط یکی از نرم افزارهای موجود، طراحی مشبک کاری صورت گرفته است.

مغار ها از جمله بزرگترین سازه های حفر شده در زیرزمین می باشند که هم دارای مصارف عمومی و هم دارای مصارف صنعتی می باشند. عوامل زمین شناختی و پارامتر های رفتاری سنگها نقش اصلی را در مطالعات اجرایی در طی حفر یک مغار زیرزمینی بازی می کنند و به همین دلیل باید در بررسی پایداری این فضاهای بزرگ زیرزمینی اطلاعات دقیقی از نوع سنگ و نوع رفتار آن در سازه مذکور وجود داشته باشد. معمولاً در بیشتر مغار ها یک روش تحلیل و طراحی استفاده از نرم افزار های مختلف آنالیز عددی و سپس استفاده از نتایج ابزاربندی و رفتارسنجی برای کنترل و تدقیق نتایج حاصله از مدلسازی می باشد. با توجه به بزرگی مغار و حجم سنگین نگهداری های مورد نیاز به منظور تأمین پایداری سازه و بهینه کردن سیستم نگهدارنده، با ملاحظه ایمنی مورد نیاز، امری ضروری و لازم الاجراست اما قبل از این کار باید از ناپایداری های ایجاد شده در سازه با تدابیری از قبل اندیشیده شده و از قبل طراحی شده کاسته شود، تا از حجم عظیم سیستم نگهدارنده مورد نیاز در سازه نیز کاسته گردد. در این راستا روش حفر و توالی حفاری در مغار یکی از موثر ترین روش ها خواهد بود. هدف از انجام این پروژه، بررسی توالی حفاری اجرا شده و تأثیر آن بر پایداری مغار طرح توسعه نیروگاه سد مسجد سلیمان و سپس ارائه پیشنهاد های مختلف و بررسی یکایک آن ها و تحلیل تأثیر آن ها بر پایداری کل سازه و در نهایت آن انتخاب گزینه برتر و بهینه خواهد بود. قبل از تحلیل توالی های پیشنهادی با استفاده از نرم افزار و ارائه طرح بهینه با استفاده از نتایج حاصله از داده های رفتارنگاری و ابزاربندی و همچنین با استفاده از تکنیک های مختلف آنالیز برگشتی به تدقیق پارامترهای موجود و ارزش دادن به مدل اولیه ایجاد شده پرداخته شده است. در این راه از نرم افزار flac v4.0 که از روش اختلاف محدود (finite difference method ) به منظور انجام تحلیل ها استفاده می کند، بهره گرفته شده است. پس از تحلیل کامل مقاطع پیشنهادی و پس از بررسی مقادیر جابجایی ها و تنش ها و نیز نیروهای وارده به سیستم های مختلف نگهدارنده سازه، مقطع شماره یک در بین مقاطع پیشنهادی به عنوان مقطع بهینه جهت حفاری مغار اصلی طرح و توسعه سد مسجد سلیمان انتخاب گردیده است.

در صنعت نفت از دیرباز تا به امروز مهندسین نفت همیشه به دنبال راهی برای بهره برداری هرچه بیشتر از مخازن نفتی بوده اند. از این رو، روش های متعددی معرفی شده اند که مهترین آن ها روش های ازدیاد برداشت است. در این روش ها مهندسین مخزن، با استفاده از تکنولوژی های نوین امروزی، نفت غیر قابل استحصال در مخزن به روش های معمولی را استحصال می نمایند. یکی از معمول ترین روش های ازدیاد برداشت، روش تزریق آب شور در مخزن است که در آن با استفاده از یک یا چند چاه تزریقی، آب شور به درون سازند مخزنی تزریق شده و نفت باقی مانده را جاروب می کند و این نفت از چاه تولیدی به بهره برداری می رسد. این روش امروزه در ایران همچون دیگر نقاط جهان نیز استفاده می ‎شود و از آنجایی که اکثر مخازن ایران از نوع سنگ های کربناته شکاف دار می باشند، در این پایان نامه برآن شدیم تا نقش جهت گیری درزه های موجود در این سنگ ها را بر روی عملیات ازدیاد برداشت به روش تزریق آب شور بررسی کنیم. به این منظور با استفاده از نمونه های آزمایشگاهی و دستگاه سیلاب زنی مغزه، آزمایشاتی طراحی کردیم تا به این مهم دست پیدا کنیم. طی آزمایشات انجام شده بر روی نمونه های آزمایشگاهی ابتدا خواص این نمونه ها را نسبت به شرایط آزمایش اصلی به دست آورده و سپس با اطلاعات کافی، آن ها را تحت آزمایش سیلاب زنی با آب شور قرار دادیم. در این آزمایشات مغزه های مورد نظر در پنج حالت بدون شکاف، شکاف با زاویه صفر درجه نسبت به جهت تزریق (موازی)، شکاف 30 درجه، 60 درجه و 90 درجه (عمود) نسب به جهت تزریق آب شور در نظر گرفته شدند. در پایان مشاهده شد که مغزه بدون شکاف بیشترین بازیافت و پس از آن به ترتیب مغزه با شکاف صفر، 30، 60 و 90 درجه بازیافت های بالاتری داشته اند. به این ترتیب مخازن بدون شکاف بهترین بستر برای عملیات سیلاب زنی و مخازن شکاف داری که شکاف های آن ها موازی جهت تزریق باشد بهترین بهره وری را به ما می دهند.

ناپایداری مکانیکی چاه ناشی از شکستگی و از هم گسیختگی دیواره چاه و لوله¬های جداری می¬باشد که سالانه هزینه زیادی را به عملیات حفاری و تکمیل چاه¬های میدان تحمیل می¬کند. چاه اکتشافی x-4 با ناپایداری¬های متعددی را در زمان حفاری مواجه بوده و در مجموع 49% از زمان¬های غیر مفید عملیات حفاری این چاه ناشی از مشکلات کنترل چاه و مشکلات خاص ناپایداری دیواره چاه بوده است. ساخت مدل ژئومکانیکی پس از عملیات حفاری می¬تواند برای پیش بینی مشکلات و خطرات ناشی از ناپایداری چاه در چاه¬های بعدی این میدان راهگشا باشد. از این¬ رو در این پایان¬نامه مدل ژئومکانیکی یک بعدی برای این چاه ساخته شده است. این مدل با رویکرد استفاده از نمودارهای پتروفیزیکی، خواص مکانیکی و الاستیک سازند و مقادیر تنش را بر اساس روابط بنیادی تئوری پروالاستیک محاسـبه می¬نماید. همچنین معیار شکست برشی، معیار شکست موهرکلمب در نظر گرفته شده است. تعیین خواص الاستیک سازند با استفاده از نمودارهای پتروفیزیکی و با استفاده از روابط تجربی انجام شده و به دلیل عدم دسترسی به مغزه برای کالیبره نمودن خواص الاستیک و مقاومت تراکمی تک محوره، مدل بر اساس تخمین اولیه رابطه بردفورد ساخته¬ شده¬ است. سپس حساسیت سنجی مدل با تغییر پارامترهای تخمینی بر اساس رژیم تنش¬ها در چاه و گزارش¬های حفاری و نمودار کالیپر موجود، انجام شده ¬و مقاومت تراکمی تک محوره سازند بهبود یافته است. سپس مدل فشار منفذی و فشار شکست سازند ساخته شده است. با بررسی نمودار فشار منفذی مشخص شد، بهترین تخمین¬گر فشار منفذی و فشار شکست سازند روش ایتون می¬باشد. محاسبه تنش¬های عمودی، افقی حداقل و حداکثر بر اساس روابط تئوری بنیادی پروالاستیک انجام و رژیم تنش در چاه مورد نظر کالیبره شده ¬که این امر با استفاده از تعیین ضرایب کرنش در جهت تنش¬های افقی حداقل و حداکثر انجام شده است. پس از ساخت مدل اولیه ژئومکانیکی و انجام آنالیز حساسیت سنجی نسبت به میزان مقاومت تراکمی تک محوره سازند، فشار منفذی با تغییر در روند فشردگی نرمال تصحیح گردید و روش¬های تخمین فشار مجدداً مقایسه شد که نتایج بدست آمده با نتایج پیشین مطابقت داشت. به این ترتیب رژیم تنش¬های منطقه تا عمق حدود 3500 متری به صورت کششی و پس از آن به صورت تراکمی مشخص گردید و ضرایب کرنش در جهت تنش¬¬های افقی حداقل و حداکثر به ترتیب 4/0 و 9/1 مشخص شد. در پایان مدل ژئومکانیکی چاه x-5 با استفاده از ضرایب کرنش به دست آمده در چاه x-4، ساخته شد و نتایج با شرایط ناپایداری مندرج در گزارش¬های حفاری در چاه x-5 نیز مقایسه گردید. نتایج نشان داد، مدل ژئومکانیکی ساخته شده در چاه x-5 نیز تغییر رژیم تنش را در این چاه از عمق 3900 متری نشان می¬دهد.