Güneydoğu anadolu bölgesi sıkı kumtaşı konvansiyonel olmayan rezervuar kayası örneğinde fracman yazılımı kullanarak hidrolik çatlak gelişiminin analizi
Analysis of hydraulic fracture development using fracman in the example of tight sandstone unconventional reservoir rock of southeastern anatolia region
- Tez No: 953211
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KAYHAN DEVELİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeoloji Mühendisliği, Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Geological Engineering, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Bu çalışmada, hidrolik çatlatma (HF) operasyonları, FracMan yazılımında kullanılan girdi parametreleri ile doğal çatlaklar dikkate alınarak ayrık çatlak ağı (DFN) yaklaşımı ile yeniden modellenmiştir. HF operasyonları temel olarak kuyulardan alınan temel verilerle tasarlanır. Bu çalışma, sıkı kumtaşı formasyonunun mostra örneklerinden elde edilen jeomekanik özelliklere göre DFN ile yeni operasyon tasarımlarına ilişkin bakış açısı sunmaktadır. FracMan'da DFN modelin saha verilerinin ve simülasyon sonuçlarının karşılaştırılmıştır. HF operasyonları, sıkı kumtaşı oluşumunu hedefleyen iki farklı kuyuda gerçekleştirilmiştir. Rezervuar modeli kuyu loglarından ve kuyuların karot analizinden elde edilen verilerle oluşturulmuştur. Her iki modelin sonuçlarını karşılaştırabilmek için saha operasyonlarında kullanılan simülasyonlardaki girdi değerleri de DFN modelde kullanılmıştır. Yüzey örnekleri Ordovisiyen yaşlı sıkı kumtaşı formasyonundan çıkarılmıştır. Bu numuneler, elastisite modülü, Poisson oranı gibi jeomekanik özellikleri elde etmek için laboratuvar testine tabi tutulmuştur. Elde edilen parametreler DFN simülasyonları için girdi olarak kullanılmıştır. Yüzey örnekleri ile oluşturulan simülasyon sonuçları ve arazi sonuçları da analiz edilmiştir. Bu çalışma ile, yüzey numunelerinin sonuçlarının karot analizinden elde edilen verilerle aynı olması durumunda saha maliyetlerinin ve karot operasyonları için verimsiz zamanın azaltılması amaçlanmıştır. Yüzey örnekleri ile karot verileri arasında bir korelasyon varsa örnekler doğrudan ilgili formasyonun yüzey mostralarından kullanılabilir. Daha gerçekçi rezervuar ve çatlak yapıları oluşturmayı sağlayan DFN'nin oluşturduğu modellerin daha doğru sonuçlar yansıttığı düşünülmektedir. DFN modelde bir grup düzlemin oluşturduğu doğal çatlak sistemi oluşturalabilmektedir. DFN yaklaşımı çatlakların, oryantasyon ve geometri analizinden toplanan istatistiksel normları bütünleştiren deterministik ve stokastik çatlak oluşturma modeli olarak kabul edilmektedir. DFN modelleme, sayısal simülasyon içinde çatlakların öne çıkan özelliklerini temsil etmeyi amaçlar. DFN yaklaşımı, birbirine bağlı bir çatlak yüzeyi ağı oluşturmak için çatlak düzlemlerinin 3B uzaysal haritalanmasına dayanan en son yöntemdir. Çatlakları ayrı öğeler olarak tanımlar ve matristen sağlanan akışın katkısını birleştirerek çatlaklar içindeki akış için sayısal çözümler sunar. Bir DFN modeli tipik olarak deterministik ve stokastik ayrık çatlakları birleştirir. Deterministik çatlaklar (ölçülebilir çatlaklar), sismik aracılığıyla doğrudan görüntülenen veya kuyularda kesişen çatlaklardır ve genişlik, uzunluk ve yön ile temsil edilebilir. Tüm bu parametreler, çatlak sistemlerini üretmek için zorunludur. Daha küçük ölçekli çatlaklar sismik yöntemeler ile elde edilmemiş olabilir; ölçülemeyen çatlaklar, ancak rezervuar performansı için çok önemli olabilir. Bu çatlak sistemleri stokastik olarak oluşturulmuştur. Çatlak sistemlerinin stokastik simülasyonu, DFN yaklaşımının geometrik temelidir ve DFN modellerinin performansı ve kesinliğinde önemli bir rol oynar. HF operasyonları Türkiye'de bugüne kadar DFN tekniği ile tasarlanıp incelenmemiştir. Bu çalışma, DFN yaklaşımının sunduğu akışkan taşınımındaki akışkan akışı ve jeomekanik özellikleri bir araya getirdiğinden, operasyonlarda HF modellemesine yenibir bakış açısı sunmaktadır. Bu çalışma, HF modellemesinin simülasyon ve laboratuvar sonuçlarını birleştirmeyi amaçlamaktadır. Yüzey numuneleri ve karot numuneleri analiz edilmiş ve jeomekanik verilerin çıkarılması için yararlanılmıştır. Bu çalışma ayrıca sıkı, düşük çatlaklı kumtaşı formasyonunda karmaşık hidrolik çatlak ağı oluşumunda doğal çatlakların etkili olup olmadığı hakkında bir fikir ortaya koymayı hedeflemektedir. Ancak, Bedinan Formasyonunun çatlak özellikleri nedeniyle, DFN simülasyonu sonrası kesişmiş, karmaşık çatlak ağı elde edilmemiştir. Buna sebep olarak, saha operasyonu sırasında karmaşık çatlak ağı oluşturmak için yeterli çatlak yayılma basıncının olmaması olabilir. Enjeksiyon basıncı, karmaşık çatlak ağı oluşturmak için doğal çatlakların etrafındaki yatay gerilimi uyaramıyorsa, bu nedenle düşük yoğunluklu doğal çatlak özelli olan sıkı kumtaşı Bedinan Formasyonun karmaşık çatlak dallanmaları oluşturmadığı sonucuna varılabilir. Ayrıca bu çalışma ile jeomekanik verilerin çatlak geometrisini nasıl değiştirdiğini anlamak da hedeflenmiştir. Kayaç örneklerinin elastisite modülü ve birim deformasyon değerleri hem kuyu içi karotlarından hem de mostra örneklerinin incelenmesi ile alınmıştır. Laboratuar testleri yapıldıktan sonra, yüzey numunelerinin ortalama Young modülünün, kuyu karot verilerinden elde edilen değerlerden yaklaşık altı kat daha az olduğu sonucuna varılmıştır; bu sonucun, mostra numunelerinin herhangi bir yerinde (in-situ) gerilme ve tabaka yığılma basıncı olmadan yüzeyde yer alması nedeniyle bu sonucun oldukça muhtemel olduğu düşünülmektedir. Mostra örnekleri ayrıca yüzeydeki hava koşullarına karşı daha savunmasız halde olduğundan kuyu karotlarına göre daha deforme olabilir hale gelmektedir. Kuyu karot verileri, çatlak geometrisi üzerinde daha doğru sonuçları yansıtmaktadır. Komşu tabakaların gerilme dağılımı olmamasına rağmen, elastisite parametrelerinin çatlak yüksekliği üzerinde önemli etkileri vardır. Sonuç olarak, yüzey verileri gerçekçi kırılma geometrisi modellemesi için yeterli niceliksel temsilden yoksundur. Öte yandan, DFN modelleri, sıkı kumtaşı oluşumlarındaki operasyonlar için şirketlerce kullanılan yaygın yazılımlara göre operasyon sonrası parametrelerde daha tutarlı sonuçlar sağlar. Bu, DFN yaklaşımının geleneksel simülasyon yöntemlerinden daha güçlü bir araç olduğunu göstermektedir. Sonuçları doğru belirlemede karot verilerinin, mostra örneklerine göre daha baskın olduğu da görülmektedir. Tezin yanıt aradığı sorulardan biri, yüzey örneklerinden çıkarılan karotlardan elde edilen modül değerleri ile kuyu karolarından elde edilen modül değerlerinin birbirine alternatif seçenekler sunup sunamayacağıdır. Böylece kuyudan karot almak gibi yüksek maliyet ve uzun işlem süresi gerektiren saha faaliyetlerini azaltmak, hatta mekanik özellikleri belirlemek için sadece yüzey örneklerinden karotları kullanmak yeterli olacaktı. Ancak bu araştırmada elde edilen sonuçlardan kuyu karot verilerinden elde edilen jeomekanik parametrelerin ve mostra örneklerinden elde edilen sonuçların birbirleri ile korelasyon sağlamadığı görülmektedir. Bu nedenle hidrolik çatlatma işlemleri için gerekli olan elastisite modülü ve Poisson oranı değerlerinin belirlenmesi için gerekli laboratuvar mekanik yükleme testlerinin kuyulardan alınan karot numuneleri üzerinde yapılması gerçekçidir.
Özet (Çeviri)
In this study, hydraulic fracturing (HF) operations are re-modelled with discrete fracture network (DFN) approach taking into account natural fractures by input parameters utilized in FracMan software. HF operations are mainly designed by core data from wells. This paper presents that new operation designs are built with DFN according to geomechanical features obtained from outcrop samples of the tight sandstone formation. Comparison of field data and simulation results of DFN model in FracMan are introduced. HF operations are performed in two different wells targeted to tight sandstone formation. Reservoir domain is modelled with data from well logs, core analysis of the wells. Input values used in commercial simulations are also entered as input in DFN model so to be able to compare results of both models. Outcrop samples are extracted from Ordovician aged Bedinan formation. These samples are exposured to laboratory test to get geomechanical properties such as elasticity modulus, Poisson's ratio. Obtained parameters are utilized as input for DFN simulations. Simulation results created by outcrop samples and field outcomes are also analyzed. By this study, it is expected to decrease field costs and nonproductive time for coring operations in case of results of outcrop samples are alike with data extracted from core analysis. If there is a correlation between outcrop samples and core data, samples could be directly used from surface deposits of the relevant formation. It is highly considered that models created by DFN which enables to create more realistic reservoir and fracture structures reflect more accurate results. Discontinuities are present to some sort of levels and formed on a scale grading from porous medium to continental size in subsurface. These discontinuities with the form of fractures in rock serve as conductors providing preferential pathways for fluid flow with altering aperture, storage capacity, tortuosity and geometry that rule the flow dynamics of fluid system. DFN modeling is coherent at every scale. Fluid transport in fractured rocks tends to be dominated by a restricted number of discrete pathways formed by discrete features. Natural fracture system forming of a group of planes are depicted in DFN model. First models of fracture network were defined as a group of previously determined fractures. This fracture network model was considered as far from complexity where fractures were fixed, separating the space in equal cubes and since its weak representation of fractures. DFN approach is now considered as stochastic model of fracture building that integrates statistical norms gathered from analysis of fracture spacing, orientation and geometry. DFN modelling aims to be representative the vital aspects of fractures within the mathematical framework of numerical simulation and engineering calculations. It is a powerful tool for the simulation of flow and transport in a fractured rock mass. DFN approach is the latest method, which lies on 3D spatial mapping of fracture planes to build an interconnected network of fracture surfaces. It recognizes fractures as separate elements and provide numerical solutions for flow within fractures thatcombines the contribution of flow from the surrounding matrix. A DFN model typically unifies deterministic and stochastic discrete fractures. The deterministic fractures (measurable fractures) are those directly imaged through seismic or intersected in wells and can be represented by width, length and orientation. All these parameters are compulsory for producing fracture systems. Smaller-scale fractures may not have been captured by seismic; referring to non-measurable fractures, yet may be very important for reservoir performance. These fracture systems are formed stochastically. Stochastic simulation of fracture systems is the geometric basis of the DFN approach and acts a significant role in the performance and sureness of DFN models. Generating probabilistic density functions of geometric parameters of fracture sets is the key process. HF field treatments have never been designed and examined with DFN technique so far in Turkey. This study presents a new perspective to HF modeling in operations since DFN approach couples fluid flow and geomechanical features in fluid transport. This paper aims to combine simulation and laboratory results for enhancement in HF modeling and excel treatment efficiency. The Discrete Fracture Network approach is a modelling methodology that seeks to describe the rock mass fracture system in statistical ways by constructing a series of discrete fracture objects based upon field observations of such fracture properties as size, orientation and intensity. Initial approach was largely associated with groundwater flow through natural fracture systems (largely as part of nuclear waste isolation for modelling fractured hydrocarbon reservoirs). The approach is used a wide range of applications to both fundamental and practical geomechanical problems when engineering large structures in fractured rock masses. DFN method has a number of key advantages over conventional methods. It is better at describing local scale problems because of its ability to capture the discrete fracture properties more accurately than larger scale continuum approaches and can also capture the heterogeneity of the fracture system by explicitly describing key elements of the system. Basic DFN modelling requires a number of fracture properties to be defined, namely orientation distribution, fracture size distribution and fracture intensity (e.g. Fracture frequency). When required, larger DFN models can be built with spatially varying properties such as intensity or orientation along with specific fracture properties such as aperture, transmissivity or mechanical properties. When these fracture properties are added, the DFN model can be used for flow simulation or kinematic stability assessment. In this study, Enhanced Beacher Model is used to define fracture location. The model assumes that fracture centers are located uniformly in space, and, utilizes a Poisson process, the fractures are produced as disks with a given radius and orientation. Fracture shapes are primarly generated as polygons with three to sixteen sides in the Enhanced Baecher model. These polygons can be equilateral (aspect ratio of one) or elongate, with the aspect ratio inputted by the user. All fractures are created from center locations distributed uniformly in space. For every fracture, FracMan controls whether the fracture intersects a pre-existing fracture. If the fracture is terminated at that intersection, the portion of the fracture beyond the intersection is removed. That may conclude in some distortion in the size distribution for that fracture set. Fracture termination at intersections only takes place where fracture intersection occurs in this model. If no fracture intersections occur for the fractures generated from uniformly located centers, no fracture terminations at intersections will be characterized. The Univariate Fisher Distribution is the analog of the Normal (Gaussian) distribution on a sphere, and is theoretically justified when a sum of multiple, uncorrelated variations in rock properties and stress conditions cause the variation in fracture orientation. The variability of strike is forced to be equal to the variability of dip, such that the variability of orientation plots as a circular cluster on an equal area stereo net. Natural fractures are spotted on surface of outcrop samples only, then scaled up into reservoir size. There was no fracture analysis conducted on core data since company confidentiality. Fracture intensity is amount of fractures present in rock mass. A method of defining fracture intensity that incorporates both the dimensionality of the intensity measurement and the dimensionality of the sampling structure or measurement region is necessary. FracMan software is utilized to create reservoir model and simulate hydraulic fracturing operations in this study. FracMan enables to form stochastic fractures that represent natural fractures as within the subsurface attributes. After core and outcrop sample analysis, Bedinan Formation is categorized as having low fractured formation. Outcrop samples and core specimens are analysed and benefited for extracting rock mechanical data. This study aims to come up with an idea whether natural fractures are effective in formation of complex fracture network in hydraulic fracturing in tight, low fractured sandstone formation. However, because of fracture characteristics and properties of Bedinan Formation, there have been no inflated fractures attained during DFN simulation process. Another explanation can be that there is not enough fracturing propagation pressure to generate complex fracture network during treatments. If injection pressure is not able to stimulate horizontal stress around natural fractures to create fracture inflation, so it may be concluded that very low fractured tight sandstone Bedinan Formation has lack of forming complex fracture branches. It is also targeted by this study that how geomechanical data alters fracture geometry. Elasticity modulus and body deformation values of rock samples are captured from both wellbore cores and outcrop specimens. After conducting laboratory tests, it is concluded that average value of Young's modulus of outcrop samples is about six folds less than the values obtained from well core data. It is considered that this consequence is quite possible since outcrop samples are located in surface without surrounded by any in-situ stress and overburden weight. Outcrop samples also become more vulnerable at surface to weathering that makes surface rocks more deformable rather than wellbore core. Wellbore core data reflects more accurate outputs on fracture geometry. Whilst absence of stress distribution of adjacent layers, elasticity parameters have influences remarkably on fracture height. As a result, outcrop data has lack of adequate quantitative representation for realistic fracture geometry modelling. On the other hand, DFN models provide consistent results as compared to post job operation parameters rather than commercial software for operations in tight sandstone formations. That demonstrates DFN approach is more powerful tool than conventional simulation methods. It is also obviously seen that core data is more dominant to determine results correctly as compared to outcrop samples. One of the questions that the thesis sought to answer was whether the modulus values obtained from the cores extracted from the outcrop samples and the modulus values obtained from the wellcores could offer alternative options to each other. If it did, it would be sufficient to reduce field activities that incur high costs and operational time, such as taking cores from the well, or even to use only the cores from the outcrop samples to determine the mechanical properties. However, it is seen from the results obtained in this research that the geomechanical parameters obtained the well cores and the outcrop samples do not provide correlation with each other. Therefore, it is realistic to perform the laboratory mechanical loading tests required to determine the elasticity modulus and Poisson ratio values required for hydraulic fracturing operations on core samples taken from wells.
Benzer Tezler
- Güneydoğu Anadolu Bölgesi'nde patlayıcı madde yaralanmalarında sivil yaralıların demografik özellikleri
Demographic characteristics of civilian wounded explosives injury in The Southeastern Anatolia Region
ÖMER KAÇMAZ
- Erken Tunç Çağlarda Güneydoğu Anadolu bölgesinde ölü gömme uygulamaları
Burial practices in the Southeastern Anatolia region during the Early Bronze Age
AYŞEGÜL ERDEN GÜNEY
- Mustafa Kemal Atatürk' ün Milli Mücadele döneminde Doğu Anadolu ve Güneydoğu Anadolu' daki aşiretlerine yönelik siyaseti
Mustafa Kemal Atatürk's policy towards tribes in the East -Anatolia and South-East Anatolia in the period of the National Struggle
CENGİZ KARTIN
- Güneydoğu Anadolu bölgesinde faaliyet gösteren geleneksel eğitim kurumları(Medreseler) üzerine bir araştırma (Batman, Diyarbakır ve Siirt örneği)
Traditional education institutions (Madrasah) which are active in the South East of Turkey (examples of Batman Diyarbakir and Siirt)
ÜBEYDULLAH PİLATİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Eğitim ve ÖğretimFırat ÜniversitesiEğitim Bilimleri Bölümü
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA GÜNDÜZ