شبيه سازي روش شكست هيدروليكي به كمك مدل ترك چسبنده

Simulation of Hydraulic Fracturing Method with Cohesive Crack Model

فرايند شكست هيدروليكي يكي از روش هاي متداول براي افزايش بهره وري چاه هاي نفتي است. در اين روش، اعمال فشار هيدروليكي در نقطه ي مشخصي از چاه، باعث ايجاد شكستگي هايي در مخازن شده و تراوايي آن افزوده مي شود. در اين تحقيق، روش شكست هيدروليكي بر پايه مفاهيم روش المان محدود شبيه سازي شده است. بدين منظور با استفاده از نرم افزار ABAQUS شرايط معمول عمليات شكست هيدروليكي در يك مخزن نفتي شبيه سازي شده و از تيوري مدل ترك چسبنده با قانون كشش- جدايش المان محدود توسعه يافته براي ايجاد و گسترش شكاف در درون مدل سه بعدي المان محدود استفاده شده است. نتايج نشان مي دهد كه فشار شكست سازند با مقدار تحليلي آن تطابق خوبي دارد. نمودار نرخ نشت سيال سه مرحله زماني مختلف را نشان مي دهد كه دو مرحله اول، بيان كننده جهش در هدرروي سيال و مرحله سوم نيز هدرروي ديناميكي را نشان مي دهد. تغييرات فشار سيال در راستاي شكاف روند كاهشي را از خود نشان داد به طوريكه در يك ناحيه ميزان فشار سيال از فشار منفذي اوليه مخزن كمتر است كه ناشي از پديده تاخير سيال در نوك شكستگي مي باشد. در نهايت نيز تحليل حساسيتي بر روي تعدادي از پارامترهاي موثر بر روي فشار شروع شكست انجام شد كه با افزايش همه پارامترها به جز نسبت پواسون، فشار شروع شكست نيز بيشتر شد. همچنين با محاسبه تابع حساسيت و فاكتور حساسيت براي هر يك از پارامترها مشخص شد كه مدول يانگ بيشترين و ضريب نرخ نشت سيال كمترين تاثير را بر روي فشار شروع شكست دارد.

Hydraulic fracturing defined as a process in which a hydraulic loading caused by fluid injection in a part of wells result fracture propagation in the rock. The main purpose of this research is simulation of hydraulic fracturing based on the concepts of Finite Element Method (FEM) and parameters affecting it. For this goal, ABAQUS software has been used to examine hydraulic fracture initiation pressure in a simulated petroleum reservoir in which the cohesive elements theory with traction-separation law existed. To do so, a cohesive crack model has been introduced, govern equations has been discussed and then the way of building a poroelastic three-dimensional model with cohesive elements is described. The results show that the fracture pressure obtained from FEM model is in agreement with the analytical values. Fluid leak- off rate diagram shows three different time steps that the first two steps represent the expression of leak- off jump and third stage shows dynamic leak- off. Fluid pressure changes along the fracture shows a decreasing trend as the fluid pressure is lower than the initial pore pressure due to the phenomenon of fluid-lag at the fracture tip. Finally, a sensitivity analysis was conducted on a number of parameters on the fracture initiation pressure and results show increasing in all parameters except for Poisson's ratio, led to an increase in fracture initiation pressure. Also, the sensitivity function calculations for each of the parameters show that Young's modulus and leak-off coefficient have the highest and lowest effect on fracture initiation pressure, respectively.