تحليل عددي تاثير اشكال مختلف حفره در رشد ترك كششي

Numerical Analysis of Effect of Different Shapes of Pore on Tensile Crack Growth

شبيه‌سازي عددي ژئومكانيكي مخازن نفتي و گازي امروزه جايگاه ويژه‌اي در علم مهندسي نفت و ژئومكانيك مخزن كسب كرده است. از اين جهت ساخت مدل‌هاي عددي كه متناسب با فضاي متخلخل و پرفشار زيرزميني است، جايگاه بسيار مهمي در تحليل عددي رفتار سنگ و سيال مخازن هيدروكربوري دارد. يكي از جديدترين روش‌هاي عددي براي مدلسازي رشد ترك، روش اجزا محدود توسعه يافته است. اين روش ترك را به وسيله توابعي كه به توابع غني شده مرسوم‌اند مدلسازي كرده و نياز به مش‌بندي مجدد ناحيه‌ آسيب را از بين مي‌ببرد، بنابراين در اين پژوهش، به مدلسازي عددي تاثير اندازه حفره بر رشد ترك و مقايسه تاثير اشكال مختلف آن با استفاده از روش اجزا محدود توسعه يافته پرداخته شده است، تا بتوان مقاومت بيشينه مخازن و مدل‌هاي پيچيده سنگي را به صورت نسبي با يكديگر مقايسه كرد. در مرحله اول با تغيير اندازه حفره، مقدار فاكتور شدت تنش محاسبه و نحوه رشد ترك ارايه گرديد. در مرحله بعد، نتايج نشان داد كه شكل‌هاي مختلف حفره و زواياي قرارگيري آن بر فرآيند رشد ترك و شكست، تاثير زيادي دارد. در نهايت با مدلسازي يك نمونه واقعي سنگ و معادل‌سازي حفرات موجود در آن با اشكال هندسي ساده، درك دقيق‌تري از نحوه عملكرد هر يك از پارامترهاي موثر بر رشد ترك در پديده‌هايي مانند شكست هيدروليك، حاصل شد.

Abstract: Recent development in eXtended Finite Element Method (XFEM) opened new avenues thorough crack propagation problems. However, it ability to predict crack path in micro scale medium of a real porous rock is always questionable. In this work, numerical modeling of the effect of pore size on crack growth and comparison of the effect of different pore shapes and location has been developed using the finite element method to compare the maximum strength of reservoirs and complex rock models. The results showed that the equivalence of the main pores in the sample with simple geometric shapes such as circles, ellipses and angled shapes can well simulate the mechanical behavior of materials and crack growth in Phenomena such as hydraulic fracturing.