ناپایداری چاه یکی از جدی ترین مشکلات صنعت نفت است. می تواند منجر به تاخیر در فرآیند حفاری، افزایش هزینه و در برخی موارد حتی رها شدن چاه شود. تخمین زده می شود که این مشکل سالانه بیش از یک میلیارد دلار برای صنعت نفت هزینه دارد. علاوه بر این، در سایر فعالیت های مهندسی مانند استخراج زغال سنگ و تونل های جاده ای، سازندهای ضعیف باعث ایجاد مشکلات جدی ناپایداری می شوند. شیل حدود سه چهارم سازندهای حفاری شده را تشکیل می دهد. تقریباً در تمام فعالیت های مهندسی، هر زمان که شیل با آن مواجه می شود، به عنوان مشکوک ترین سنگی که می تواند باعث ناپایداری ها و تأخیرهای غیرمنتظره شود، برخورد می شود. علاوه بر این، نزدیک به 90 درصد از مشکلات ناپایداری چاه در صنعت نفت در شیل رخ می دهد.
اگر چه جنبه های مهندسی شیل برای چندین دهه مورد مطالعه قرار گرفته است، شیل هنوز به طور بالقوه یک مشکل جدی در صنایع نفت، معدن و مهندسی عمران است. علاوه بر این، حساسیت به آب، آن را احتمالاً به یکی از ضعیف‌ترین سازندهایی تبدیل می کند که در حفاری با آن مواجه می شویم. به دلیل نفوذپذیری کم، جریان سیال غالب به جای همرفتی، رسانا است. همچنین، گرادیان دما بین سیال حفاری و شیل می تواند تأثیر داشته باشد. علاوه بر این، به دلیل حساسیت خواص شیمیایی و مکانیکی به درجه بندی حرارتی، تفسیر مهندسی سنگ شیل پیچیده تر می شود. علاوه بر این، با در نظر گرفتن اینکه شیل یک ماده متخلخل است، متغیرهای اضافی باید تأیید شوند و در یک مدل واقعی گنجانده شوند.
بر این اساس، برای طراحان مدل و مهندسان سایت که با شیل کار می کنند، آگاهی کامل از همه این جنبه ها ضروری است. یکی از اهداف این کتاب مهندسی شیل فرصتی برای خوانندگان برای گسترش دانش خود در مورد شیل است. به طور خلاصه، سه دسته از مشکلات پایداری بالقوه در شیل باید در نظر گرفته شود:
– مشکلات مکانیکی مربوط به مقاومت سنگ و تنش های درجا.
– واکنش شیمیایی و تاثیر تورم بر رفتار مکانیکی؛
– واکنش حرارتی که مخصوصاً در شیل به دلیل رسانایی کم آن متفاوت است. این به این دلیل است که اگر چه رسانایی کم است، جریان سیال همرفتی ناشی از گرادیان حرارتی در مقایسه با جریان سیال القایی رسانا ناچیز است و بنابراین هدایت عامل اصلی درجه بندی حرارتی در شیل است. از سوی دیگر، فعالیت های حفاری و تولید در صنعت نفت در شرایط عمیق رخ می دهد، جایی که هر سه مشکل بالقوه بر پایداری کلی و مقاومت سنگ تأثیر می‌گذارند.
از سوی دیگر، فعالیت های حفاری و تولید در صنعت نفت در شرایط عمیق رخ می‌دهد، جایی که هر سه مشکل بالقوه بر پایداری کلی و مقاومت سنگ تأثیر می‌گذارند.
در کتاب مهندسی شیل مطالب و مراجع هر فصل تقریباً به طور مستقل ارائه شده است، اگرچه یکپارچگی کل کتاب حفظ شده است زیرا موضوعات از یک توالی منطقی پیروی می کنند. در فصل اول، شیل از دو نقطه نظر مهندسی و زمین شناسی تعریف شده و ویژگی های مرتبط با آن مورد بحث قرار گرفته است. همچنین برخی از مشکلات و کاربردهای رایج در صنعت نفت توضیح داده شده است. در حالی که یک سرکارگر حفاری ممکن است استدلال کند که “شیل یک سنگ نیست” اما “شیل یک سنگ با ویژگی های خاص خود است”، یک متخصص در زمین شناسی مهندسی ممکن است به سادگی فرض کند که “شیل یک سنگ است” و ویژگی های مکانیکی آن از همه مهمتر است. مطالب ارائه شده در فصل اول شاید بتواند به خوانندگان کمک کند تا در مورد شیل قضاوت کنند. با این حال، اطلاعات بیشتر مربوط به شیل برای توصیف و طبقه بندی رفتار شیل مهندسی ضروری است. این دانش به همراه آزمایشات آزمایشگاهی مرتبط در فصل 2 ارائه شده است.
پایداری شیل اغلب به طور قابل توجهی با خواص شیمیایی شیل و تأثیر آن بر رفتار سنگ مرتبط است. بنابراین، فصل 3 به پدیده تورم و فعل و انفعالات خاک رس و آب اختصاص دارد. با این حال، فصل چهارم، مدل‌سازی ریاضی فعالیت آب و انتقال املاح را برجسته می کند. افزودنی های تثبیت‌کننده شیل، اقدامات شناخته شده ای برای کنترل تورم و سایر انواع فعل و انفعالات نامطلوب خاک رس و آب هستند. بنابراین، سیستم ها و آزمایش های سیال مناسب در فصل 5 کتاب مهندسی شیل مورد بحث قرار می گیرند. فصل 6 پاسخ شیل به تغییرات دما را ارائه می کند و فصل 7 توصیه های مفیدی را برای عملیات حفاری بر اساس مفاهیم تخلخل و یک مدل شیمی ترمو – الاستیک یکپارچه ارائه می کند. در نهایت در فصل 8 یک مدل شیمی مکانیکی، پس از توضیح فرآیندهای شکست توضیح داده شده است. در آخرین فصل این کتاب، فصل نهم، حل کرنش ساده در حوزه زمانی مورد بحث قرار گرفته و تنش ها و کرنش های شعاعی و مماسی القا شده مورد ارزیابی قرار گرفته است.
متن کتاب مهندسی شیل برای توضیح مفاهیم نظری و همچنین عملی مربوط به هر جنبه ساختار یافته است. به مترادف و معادل برخی از متغیرها و عبارات برای پوشش بهتر مطالب اشاره شده است. در همین حال، نمودارها و تصاویر زیادی بر اساس داده های واقعی و آزمایش های آزمایشگاهی جمع آوری شده اند. به منظور خوانایی بیشتر متن و جلوگیری از سردرگمی احتمالی، برخی مفاهیم و معادلات دقیق در پیوست ارائه شده است. لازم به ذکر است که هدف اساسی این کتاب گردآوری دانش پراکنده مهندسی شیل در قالب یک کتاب درسی واحد بود. می توانستیم از برخی نویسندگان بخواهیم که یک فصل یا مقاله مستقل از سایرین بنویسند. در این مورد ما می توانستیم دشواری و مسئولیت کمتری داشته باشیم، اما تقریباً همان دستاوردها حاصل می شد. با این حال، تجربه نشان می دهد که اگر نویسندگان مختلف به طور مستقل کار کنند، تا حد زیادی یکپارچگی متن و کاربرد کتاب، مانند زنجیره به هم پیوسته نیست. بنابراین، تصمیم گرفتیم این کار را به شکل حاضر انجام دهیم و از بسیاری از نویسندگان مجوز حق چاپ مقالاتشان را بخواهیم. بدون این همکاری سخاوتمندانه در اعطای مجوز کپی رایت، جمع آوری این حجم از مطالب در یک کتاب درسی غیرممکن بود.
علاوه بر این، معادلات دقیق ارائه شده در کتاب مهندسی شیل اغلب از بررسی های متون عالی استخراج شده است که در پایان نامه های کارشناسی ارشد یا دکتری اخیر در مورد شیل ظاهر شده است. قدردانی کامل این آثار برای همکاری سخاوتمندانه و اعطای مجوز کپی رایت از نویسندگان این آثار بر ما واجب می باشد. تا آنجا که ممکن است، ما ترجیح دادیم که این معادلات و حاشیه نویسی را همانطور که در ابتدا ارائه شده بود، بازتولید کنیم. بنابراین، در فصول مختلف این کتاب، ممکن است از حاشیه نویسی های مختلف برای یک متغیر استفاده شود. همچنین برخی از معادلات ممکن است در فصل های مختلف استفاده شده باشد. معمولاً در این موارد معادلات به جای ارجاع خواننده به فصل های قبلی، تکرار می شوند. این کمک می کند تا محتوای هر فصل مستقل از فصل های دیگر باشد. اشاره می شود که اغلب در مورد پروژه های مهندسی مرتبط با زمین مانند صنعت نفت، تمام متغیرهای مربوط به شاخص های شیمیایی، مکانیکی و حرارتی شیل ممکن است مورد توجه قرار گیرند. بنابراین ادغام همه این جنبه ها حیاتی است. با این حال، در مورد سایر فعالیت های مهندسی (معدن، عمران، و غیره) متغیرهای کمتری ممکن است دخیل باشند.
بر اساس این فرض، متن مطابق با الزامات صنعت نفت است، اما فصل ها به گونه ای سازماندهی شده اند که برای مهندسین معدن و عمران نیز مفید باشد. خواندن این کتاب به تمام مهندسین و زمین شناسانی که با شیل سروکار دارند و نیاز به دانستن بیشتر در مورد خواص آن دارند توصیه می شود. به عنوان آخرین نکته، یک نشریه جامع برای پرداختن به تمام جنبه های مهندسی و خواص شیل یک نیاز واقعی است. کتاب مهندسی شیل برای مستندسازی طیف نسبتاً وسیعی از تحقیقات در مورد شیل در قالب یک کتاب درسی طراحی شده است. با این حال، چند بار، درست قبل از اینکه این کتاب را به پایان برسانیم، نکات مهمی را برای اضافه کردن متوجه شدیم. بنابراین به دلیل محدودیت های عملی تصمیم گرفتیم این کتاب را به پایان برسانیم. شاید بتوان آثار تحقیقاتی ارزشمند و مهمتری را برای افزودن به این کتاب یافت. اگر خوانندگان بتوانند نظرات خود را برای نویسندگان ارسال کنند، نویسندگان صمیمانه سپاسگزار خواهند بود.
