شبيه‌سازي جوانه‌زني و رشد ترك در عمليات شكست هيدروليكي چاه نفت با استفاده از معيار آسيب تنش اصلي بيشينه

Simulation of crack initiation and propagation in hydraulic fracturing of oil wellbore by maximum principal stress criterion

عمليات شكست هيدروليكي از روش‌هايي است كه در صنايع بالادستي نفت و گاز به منظور افزايش بازده توليد مخازن به‌كار مي‌رود. در پژوهش حاضركه با هدف شبيه‌سازي فرايند شكست هيدروليكي تعريف شده ‌است، از اطلاعات آزمايشگاهي ميدان اهواز، مخزن بنگستان به عنوان داده‌هاي ورودي استفاده شده و مدل دوبعدي كرنش‌صفحه‌اي براي تحليل فرايند شكست هيدروليكي در نرم‌افزار آباكوس طراحي شده‌ است. تنش‌هاي درجا بر اساس روابط رايج پيشنهاد شده به مدل همگن الاستيك وارد شده ‌است. به‌منظور بررسي مكانيزم جوانه‌زني و رشد ترك، براي نخستين بار در اين زمينه از روش نوين اجزا محدود توسعه يافته استفاده‌ شده‌ و مدل آسيب بر مبناي تنش اصلي بيشينه، به عنوان معيار ترك در نظر گرفته ‌شده ‌است. در اين پژوهش مدل‌ها، تحت شرايط مختلف تحليل و اثر پارامترهايي نظير تنش‌هاي درجا، فشار منفذي و خصوصيات مكانيكي سنگ مورد بررسي قرار‌ گرفت. بر اين اساس، راستاي بحراني براي جوانه‌زني و رشد، راستاي عمود بر تنش كمينه درجا به‌دست ‌آمده و اعمال فشار منفذي باعث كاهش شديد فشار جوانه‌زني شده ‌است. هم‌چنين بيشترين فشار سيال در لحظه جوانه‌زني بوده و پس از رشد ترك اوليه زاويه‌دار، فشار مورد نياز براي رشد آن به مقدار ثابتي ميل كرده ‌است. مقايسه نتايج با تيوري‌هاي موجود و خطاي كم، از اعتبار و دقت مناسب شبيه‌سازي انجام‌ شده حكايت دارد.

A two-dimensional (2D) extended Finite Element Method (XFEM) simulation is presented for propagation of hydraulic fractures from wellbore that the minimum principal in-situ stress is in horizontal plane. One primary role of hydraulic fracturing is to provide a high conductivity pathway along which reservoir fluids can flow to the well. In this study, enriched element has been applied with a maximum principal stress damage criterion, for initiation and propagation of crack in Abaqus 6.12. The properties and input data for rock models were extracted experimentally from Ahwaz reservior- Bangestan wellbore specimens. The specifications of crack were studied by analyzing the rock model without any crack or flaw and under different condition, such as in-situ stresses, pore pressure and elastic modulus. The results show that the critical position of crack initiation is perpendicular to minimum principal in-situ stress and stress condition of borehole and by increasing the pore pressure to the rock models, the pressure of injection fluid decreases. The results show that the pressure of injection fluid decreases at initiation step to constant amplitude after crack propagation. These results are in close agreement with the theoretical data, so that our simple procedure is efficiency and flexible.