تأثير پارامترهاي الاستيك لايه ها بر نحوه ي گسترش شكست هيدروليكي با استفاده از روش ناپيوستگي- جابجايي

The Effect of Layers Elastic Parameters on Hydraulic Fracturing Propagation Utilizing Displacement Discontinuity Method

شكست هیدرولیكی به عنوان روشی برای تحریك مخازن نفتی به عوامل مختلفی از جمله خصوصیات محیطی كه شكستگی در آن رشد می­كند بستگی دارد. خصوصیات مكانیكی لایه­ها به عنوان یكی از مهم‌ترین پارامترهای تأثیرگذار بر روند پیشروی شكست هیدرولیكی و هندسه‌ی آن شناخته می­شوند. در این تحقیق با تغییر پارامترهای مقاومتی محیط دربرگیرنده‌ی شكست هیدرولیكی، فرآیند گسترش شكست هیدرولیكی در محیط‌های چند لایه(محیط نرم و سخت) و تحت تأثیر پارامترهای الاستیك، مورد ارزیابی قرارگرفته است. بدین منظور روش المان مرزی بر اساس فرمول‌بندی ناپیوستگی- جابجایی برای حل گسترش شكست هیدرولیكی در سازندهای لایه­ای مورد استفاده قرار گرفت. از المان‌های مرتبه‌ی بالا برای مدلسازی مرز ترك و محیط به همراه المان نوك ترك برای افزایش دقت این روش عددی ارائه‌شده در محیط­های ناهمگن(2DFPM) استفاده‌شده است. صحت روش عددی ارائه‌شده در مدلسازی مواد ناهمگن، به وسیله‌ی تعدادی مسئله‌ی دارای حل تحلیلی تأیید گردید. در این مطالعه تنش‌های كششی ایجادشده در امتداد فصل مشترك به همراه فاكتور شدت تنش موجود در نوك ترك برای بررسی رفتار گسترش شكست هیدرولیكی در شرایط مختلف محاسبه گردیدند. نتایج نشان می­دهد كه بسته به وضعیت قرارگیری شكست هیدرولیكی نسبت به فصل مشترك (عمود، گذرنده و موازی) و همچنین پارامترهای محیط در برگیرنده‌ی شكستگی، میزان فاكتور شدت تنش ایجادی در نوك ترك و تنش­های كششی در امتداد فصل مشترك متفاوت خواهند بود، كه این دو پارامتر امكان گسترش شكستگی و یا احتمال توقف آن را تعیین می‌نمایند. همچنین میزان بازشدگی شكست هیدرولیكی به خصوصیات الاستیك لایه‌ها وابسته بوده و تغییر خصوصیات الاستیك لایه­ها می­تواند هندسه شكستگی را تحت تأثیر قرار دهد. 

Hydraulic fracturing as a method for reservoir stimulation depends on the properties of the media that fracture propagates in it. The elastic properties of layers greatly affect the geometry and propagation of hydraulic fractures. In this research study, the hydraulic fracturing propagation in multi-layered media (stiff and soft) with different elastic properties is investigated. Therefore, boundary element method based on the displacement discontinuity formulation is presented to solve general problems of hydraulic fracturing propagation in layered formations. The crack tip element and a higher order boundary displacement collocation technique are used to increase the accuracy of the method (2DFPM) in modeling of non-homogenous media. The stress intensity factor and tensile stress near the crack tip under different elastic modulus are evaluated to study the hydraulic fracture propagation. Related to the position of the fracture with interface (vertical, intersect and parallel) these factors have different values and finally, they control the fracture propagation. In comparison between the width of fractures in soft and stiff layers, the study displays that the fracture width in soft layers is greater than width of fracture in stiff layers.