توصيفگر ها :
زهكشي ثقلي به كمك بخار , اثرات ژئومكانيكي , كوبلاژ حرارتي , بازيافت نفت سنگين وبيتومين , توسعه محفظه بخار
چكيده فارسي :
اين پاياننامه به بررسي تأثير اثرات ژئومكانيكي بر عملكرد بازيافت فرآيند زهكشي ثقلي به كمك بخار (Steam-Assisted Gravity Drainage – SAGD) در مخازن نفت سنگين غيرتحكيميافته ميپردازد. اگرچه SAGD بهعنوان يكي از پركاربردترين روشهاي ازدياد برداشت حرارتي (EOR) شناخته ميشود، رويكردهاي متداول مدلسازي عمدتاً بر فرآيندهاي حرارتي و جريان سيال تمركز داشته و اغلب برهمكنشهاي كوپلهي حرارتي–هيدروليكي–مكانيكي (THM) را كه نقش مهمي در رفتار مخزن ايفا ميكنند، ناديده ميگيرند. اين پژوهش با ادغام نظاممند اثرات ژئومكانيكي در تحليل عملكرد SAGD، به اين خلأ علمي ميپردازد. در اين مطالعه، يك مدل عددي كاملاً كوپلهي THM با استفاده از نرمافزار CMG Suite 2023.10 براي شبيهسازي يك مخزن ماسهنفتي تيپ آتاباسكا توسعه داده شد. اين مدل قادر به شبيهسازي بازتوزيع تنش، تغييرشكل سنگ، تكامل تراوايي، توسعه محفظه بخار، توليد نفت و پايداري سنگ پوش (Caprock) است. سناريوهاي مختلف شبيهسازي، شامل حالتهاي حرارتي–هيدروليكي بدون درنظر گرفتن ژئومكانيك و حالتهاي كاملاً كوپله با سختي سنگ و ناهمگني زمينشناسي متفاوت، مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج شبيهسازي نشان ميدهد كه اثرات ژئومكانيكي نقش بنياديني در بهبود عملكرد SAGD ايفا ميكنند. اتساع برشي ناشي از انبساط حرارتي و افزايش فشار منفذي منجر به افزايش قابلتوجه تراوايي ـ تا 35 برابر مقدار اوليه ـ بهويژه در 4 تا 5 سال نخست بهرهبرداري ميشود. در نتيجه، رشد محفظه بخار تسريع شده و يكنواختتر ميگردد كه موجب بهبود همپوشاني عمودي و جانبي ميشود. در مقايسه با مدل بدون كوپلاژ، مدل كاملاً كوپلهي THM افزايش 25 تا 30 درصدي ضريب بازيافت نهايي و كاهش حدود 20 درصدي نسبت بخار به نفت (SOR) را پيشبيني ميكند كه نشاندهنده بهبود بهرهوري انرژي است. علاوه بر اين، پاسخهاي ژئومكانيكي نظير بالاآمدگي سطح زمين و پايداري سنگ پوش نيز ارزيابي شدند. نتايج حاكي از آن است كه ميزان بالاآمدگي سطح در محدوده مجاز باقي مانده و يكپارچگي سنگ پوش با ضرايب ايمني بالاتر از حدود نظارتي حفظ ميشود. تحليل حساسيت نيز اهميت پارامترهاي ژئومكانيكي مانند مدول يانگ و ضرايب اتساع را در كنترل عملكرد SAGD برجسته ميكند. در مجموع، اين پژوهش تأييد ميكند كه اثرات ژئومكانيكي پديدههايي ثانويه نيستند، بلكه محركهاي اصلي كارايي SAGD در مخازن غيرتحكيميافته بهشمار ميروند. بهكارگيري مدلسازي كاملاً كوپلهي THM براي پيشبيني دقيق عملكرد، بهينهسازي عمليات و توسعه پايدار منابع نفت سنگين ضروري است.
چكيده انگليسي :
This thesis investigates the impact of geomechanical effects on the recovery performance of the
Steam-Assisted Gravity Drainage (SAGD) process in unconsolidated heavy oil reservoirs. While
SAGD is a widely applied thermal enhanced oil recovery (EOR) technique, conventional modeling
approaches have primarily focused on thermal and fluid flow mechanisms, often neglecting the
coupled thermo-hydro-mechanical (THM) interactions that significantly influence reservoir
behavior. This research addresses this gap by systematically integrating geomechanical effects into
SAGD performance analysis. A fully coupled THM numerical model was developed using CMG
Suite 2023.10 to represent an Athabasca-type oil sands reservoir. The model captures stress
redistribution, rock deformation, permeability evolution, steam chamber development, oil
production, and caprock integrity. Multiple simulation scenarios were evaluated, including
uncoupled thermal-hydraulic cases and fully coupled geomechanical cases with varying rock
stiffness and geological heterogeneity. Simulation results demonstrate that geomechanical effects
play a fundamental role in enhancing SAGD performance. Shear dilation induced by thermal
expansion and pore pressure increase leads to significant permeability enhancement—up to 35
times the original value—particularly during the first 4–5 years of operation. As a result, steam
chamber growth is accelerated and becomes more uniform, improving vertical and lateral
45
conformance. Compared to the uncoupled model, the fully coupled THM model predicts a 25
30% increase in ultimate recovery factor and a 20% reduction in steam-oil ratio (SOR), indicating
improved energy efficiency. Additionally, geomechanical responses such as surface heave and
caprock stability were evaluated. Results show that surface uplift remains within acceptable limits,
and caprock integrity is maintained with safety factors exceeding regulatory thresholds. Sensitivity
analyses further highlight the importance of geomechanical parameters such as Young’s modulus
and dilation coefficients in controlling SAGD performance. Overall, this study confirms that
geomechanical effects are not secondary phenomena but primary drivers of SAGD efficiency in
unconsolidated reservoirs. Incorporating fully coupled THM modeling is essential for accurate
performance prediction, operational optimization, and the sustainable development of heavy oil
resources.