بررسي تأثير ترك هاي طبيعي برروي ميدان هاي تنش و جابه‌جايي مخازن هيدروكربوري نامتعارف تحت عمليات شكاف هيدروليكي با استفاده از روش هاي المان محدود توسعه‌يافته و تابع سطوح تراز

Investigating the Effect of Natural Fractures on the Stress and Displacement Fields of Unconventional Hydrocarbon Reservoirs Under Hydraulic Fracturing Operation Using the Extended Finite Element Method and the Level Set Function

يكي از پركاربردترين روش هاي انگيزش چاه در مخازن هيدروكربوري نامتعارف، روش شكاف هيدروليكي است. در اين مقاله با استفاده از روش المان محدود توسعه‌يافته و تابع سطوح تراز به بررسي ميدان هاي جابجايي و تنش در مخازن ترك‌دار با ترك هاي طبيعي موجود در آن در عمليات شكاف هيدروليكي پرداخته مي‌شود. جهت نيل به اين امر، ابتدا روش المان محدود توسعه يافته پياده‌سازي شده و مرز شكاف هيدروليكي با استفاده از تابع سطوح تراز مدل‌سازي شده است. سپس در يك نمونه مشخص تحت نيروهاي خارجي معادل عمليات شكاف هيدروليكي، به بررسي پارامترهاي تنش، كرنش و جابجاي محيط مدنظر با استفاده از پخش تصادفي ترك هاي درون مدل در حضور شكاف هيدروليكي در اين مدل پرداخته مي شود. تمام كدهاي تحليل عددي در اين تحقيق در متلب b2018 نوشته شده است. طبق نتايج به دست آمده، چگالي و تجمع ريزترك ها در يك ناحيه ميتواند الگوي ميدان هاي جابجايي و تنش شكاف را تغيير دهد. همچنين نتايج نشان مي‌دهد هرچقدر تجمع ريزترك ها در يك ناحيه بيشتر باشد، ميدان تنش به وجود آمده تمايل دارد شكاف هيدروليكي به سمت همان ناحيه گسترش پيدا كند. با توجه به اينكه بيشترين تمركز تنش در محدوده نوك شكاف قرار دارد، در حالتي كه گروهي از ريزترك ها در محدوده اي نزديك نوك شكاف قرار داشته باشند، تمركز تنش بصورت موضعي از نوك شكاف به سمت ناحيه تجمع ريزترك ها پخش مي‌شود و اين امر سبب كاهش تمركز تنش در نوك شكاف خواهد شد. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد چگالي تجمع ريزترك‌ها با پخش ميدان تنش رابطه مستقيم دارد به‌گونه‌اي كه هرچقدر چگالي به تمركز تنش يعني نوك شكاف نزديك‌تر باشد، ميزان گسترش ميدان در محدود چگالي بيشتر خواهد بود.

One of the most widely used well stimulation methods in unconventional hydrocarbon reservoirs is the hydraulic fracturing method. In this article, using the developed finite element method and the function of level surfaces, the displacement and stress fields in cracked reservoirs with natural cracks in hydraulic fracturing are investigated. In order to achieve this, the developed finite element method has been implemented and the hydraulic fracture boundary has been modeled using the function of level surfaces. Then, in a specific sample under external forces equivalent to hydraulic fracturing operation, the stress, strain and displacement parameters of the considered environment are investigated using the random distribution of cracks inside the model in the presence of hydraulic fracturing in this model. All numerical analysis codes in this research were written in MATLAB b2018. According to the obtained results, the density and accumulation of cracks in an area can change the pattern of displacement fields and crack stress. Also, the results show that the more the accumulation of cracks in an area, the more the stress field created tends to spread the hydraulic crack towards the same area. Considering that the greatest concentration of stress is in the region of the fracture tip, in the case that a group of cracks are located in a region near the fracture tip, the stress concentration spreads locally from the fracture tip to the area of accumulation of microcracks and This will reduce the stress concentration at the tip of the fracture. The obtained results show that the density of cracks accumulation has a direct relationship with the spread of the stress field in such a way that the closer the density is to the stress concentration i.e. the tip of the fracture, the higher the field expansion will be in the density limit.