تحليل المان مرزي غير مستقيم اندركنش شكست هيدروليكي و شكست طبيعي در مخازن هيدروكربني درزه دار

Indirect boundary element analyses of hydraulic fracture interaction with the pre-existing natural fractures in a jointed hydrocarbon reservoir

شكست هیدرولیكی به عنوان یكی از مهمترین روش‌های تحریك و ازدیاد برداشت مخازن نفت و گاز شناخته می‌شود. تعیین راستای گسترش شكست و هندسه شبكه شكست ایجاد شده توسط فرآیند شكست هیدرولیكی در افزایش نفوذپذیری مخزن نقش بسزایی دارد. محیط مخزن حاوی شكستگی‌های طبیعی است و اندركنش شكست هیدرولیكی با این شكستگی‌ها در تعیین هندسه شبكه شكستگی‌های ایجاد شده اهمیت زیادی دارد. توقف، عبور و بازشدگی، شرایط ممكن در برخورد شكست هیدرولیكی با شكستگی‌های طبیعی است. در این پژوهش روش عددی ناپیوستگی جابه‌جایی با المان‌های درجه بالا برای مدلسازی عددی استفاده شد. این روش توسط چند راه حل تحلیلی از مسائل متداول در مكانیك شكست سنگ اعتبارسنجی شد. دو معیار تحلیلی اندركنش شكست هیدرولیكی و شكست طبیعی معرفی شد. سپس یك الگوریتم برای تعیین رفتار در اندركنش شكست هیدرولیكی و طبیعی ارائه شد. مقایسه نتایج حاصل از حل تحلیلی و روش عددی (با بهره‌گیری از الگوریتم پیشنهادی) با نتایج آزمایشگاهی موجود، درستی و دقت الگوریتم را به اثبات رساند. این الگوریتم در غالب روش عددی جهت مدلسازی شرایط مختلف اندركنش شكستگی‌های هیدرولیكی و طبیعی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج تحلیل اندركنش شكست هیدرولیكی و شكست طبیعی در حالات مختلف نشان داد كه در زوایای برخورد بزرگتر، احتمال عبور شكست هیدرولیكی از شكست طبیعی بیشتر است. همچنین با هر بار عبور شكست هیدرولیكی از شكستگی‌های طبیعی، از انرژی آن كاسته می‌شود و احتمال عبور آن از شكستگی‌های طبیعی بعدی كاهش می‌یابد.

Hydraulic fracturing is one of the most well-known methods in stimulation and enhanced recovery in oil and gas reservoirs. Determination of propagation path of hydraulic fractures (HFs) and created fracture network have a dominant role in increasing permeability of the reservoir. Reservoirs contain many natural fractures (NFs). Understanding the interaction behavior of the HF and NFs controls the fracture network created by the HF propagation. In this paper, a higher order displacement discontinuity method is uaed, the numerical model is verified by several analytical well-known problems in fracture mechanics. Three main behaviors may be named for the interaction of HF and NFs i.e. arrest, crossing, and opening. Two well-known interaction criteria are introduced. Then an algorithm is introduced to determine interaction of HF and NF. The algorithm and its implementation in a numerical model were tested against experimental results. Using higher order displacement discontinuity method the interaction of HF and NFs is investigated in various conditions. Results showed that the possibility of crossing for higher angle of intersection is higher. Also the HF energy reduces after each NF crossing. It means that HF has lower chance for crossing NFs after previous crosses.