حفاری با فشار زیر تعادل در واقع بهترین روش برای حفاری مخازن نفتی می باشد که فشار آن ها به دلیل تولید روزمره کاهش یافته است. این تحقیق با هدف بدست آوردن معیاری برای تخمین حداقل و حداکثر فشار فروتعادلی گل حفاری به منظور ازدیاد برداشت نفت و جلوگیری از آسیب به سازند در مخازن کربناته ایران انجام شده است. برای رسیدن به این هدف ابتدا یک سری اطلاعات، شامل 13 چاه از میدان های مختلف نفتی ایران جمع آوری شده و سپس با استفاده از نرم افزار FLAC2D که یک برنامه عددی بر مبنای روش تفاضل محدود است، به مدلسازی چاه نفت در فشارهای مختلف گل حفاری پرداخته شده و در نهایت برای تحلیل پایداری و تخمین حداقل و حداکثر فشار فروتعادلی گل حفاری، به روش الاستوپلاستیک از روش تعیین سطح نرمالیزه (NYZA) استفاده شده است که پس از رسم نمودار NYZA برای هر چاه به صورت جداگانه، با در نظر گرفتن فشارهای گل حفاری روی نمودار NYZA در بازه بین 1=NYZA تا فشار منفذی، حداقل و حداکثر فشار گل حفاری به ترتیب در 1=NYZA و 0/2=NYZA محاسبه شده و در نهایت رابطه ای به صورت نسبتی از فشار منفذی برای تخمین حداقل و حداکثر فشار فروتعادلی گل حفاری بدست آورده و ارائه شده است. این رابطه به صورت ضریب یا نسبتی از فشار منفذی بیان شده که در آن، تنها با داشتن فشار منفذی سازند می توان حداقل و حداکثر فشار فروتعادلی گل حفاری را به منظور ازدیاد برداشت نفت و جلوگیری از آسیب به سازند تخمین زد.

این مقاله بر کاربرد مدل‏ سازی عددی و تحلیلی به‏ منظور امکان‏ سنجی حفاری فروتعادلی در یکی از میادین نفتی مناطق مرکزی ایران و در سازندهای ماسه‏ سنگی که بر تحلیل یک بعدی از نرم ‏افزار ژئولاگ و نرم ‏افزار آباکوس متمرکز شده است. در بخش حل تحلیلی از روابط الاستیک و پلاستیک همچنین برای پایداری دیواره، از روابط مختلف استفاده شده است. میدان نفتی مناطق مرکزی ایران یکی از میادین بزرگ جنوب غرب ایران است که همواره با مشکل هرزروی سیال و مشکلات پایداری دیواره چاه همراه است. گزارشات حفاری و لاگ‏ های تهیه شده از این میدان نشان می‏ دهد که در یکی از چاه ‏ها فشار وارده گل حفاری به دیواره 33 مگاپاسکال است و با توجه به این میزان فشار گل پایداری چاه در طول مسیر تا حدودی با ریسک ریزش دیواره ایجاد شده است. شبیه ‏سازی با مدل یک بعدی ژئولاگ و حل تحلیلی انجام شده است که ناپایدارترین لایه مخزن با توجه به فشار گل استفاده شده را محیط ناامن از لحاظ پایداری نشان می‏ دهد که با استفاده از اصلاح فشار گل حفاری و تعیین پنجره ایمن گل حفاری با معیارهای موهر-کلمب و شاخص تعیین پایداری کلمب به یک پنجره ایمن گل حفاری برای هر دو روش فروتعادلی و فراتعادلی ممکن کرده است که با توجه به نتایج بدست آمده جهت امکان‏ سنجی حفاری فروتعادلی به تعیین گل بهینه و فشار گل بهینه برای انجام حفاری فروتعادلی منجر شد که این میزان فشار گل اصلاح شده در روش حفاری فراتعادلی 90. 43 مگاپاسکال است که این فشار در بخش حفاری فروتعادلی، 37 مگاپاسکال است.

حفاری فروتعادلی به منظور کاهش صدمه به سازند، کاهش هزینه­ ها و افزایش سرعت حفاری مورد توجه قرار گرفته است. علی­رغم این مزیت ­ها اجرای حفاری فروتعادلی به دلیل خطرات ناشی از پایین ­تر بودن فشار سیال حفاری از فشار سازندی نیازمند مدل ­سازی و بررسی دقیق پیش از اجرا عملیات حفاری می­ باشد. لذا با توجه به این موارد در این پژوهش سعی شده است با استفاده از مدل­ سازی عددی و روش تحلیلی موهر-کلمب ابتدا پایداری چاه مورد مطالعه در حفاری فروتعادلی مورد بررسی قرار گرفته و سپس به­ وسیله آنالیز حساسیت تاثیر پارامترهای ژئومکانیکی، تنش­ های برجا و فشار چاه بر کرنش شعاعی دیواره چاه به عنوان پارامتری وابسته به پایداری چاه محاسبه شود. نتایج نشان داد بازه پنجره گل ایمن و پایدار جهت انجام حفاری فروتعادلی برای سازند مورد مطالعه 21. 24 تا 34. 7 مگاپاسکال می ­باشد. همچنین نتایج آنالیز حساسیت چاه مورد مطالعه نشان داد که با توجه به فاکتورهای حساسیت به­ دست آمده برای هر یک از پارامترهای ژئومکانیکی، موثرترین پارامتر در بین پارامترهای الاستیک و پلاستیک به ترتیب مدول یانگ و چسبندگی و کم اثرترین پارامترها به ترتیب ضریب پواسون و زاویه اصطکاک می­ باشد. به علاوه با بررسی فاکتور حساسیت در بین تمام پارامترهای ژئومکانیکی، می­ توان گفت فشار چاه و تنش افقی حداکثر به ترتیب با مقادیر 6. 43 و 5. 33 دارای بیشترین اثرگذاری بر کرنش شعاعی در حفاری فروتعادلی می­ باشند.