بررسی آزمایشگاهی تأثیر تنش‏های محوری و محصورکننده بر شکست هیدرولیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی- دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران

چکیده

شکست هیدرولیکی یک روش تحریک مخزن است که برای افزایش جریان به چاه در سازندهای با تراوایی پایین استفاده می‏شود. در این مقاله، یک مطالعه آزمایشگاهی بر روی شکست هیدرولیکی با تمرکز بر روی عوامل اصلی مؤثر بر فشار شکست هیدرولیکی، صورت گرفته است. عوامل بررسی شده شامل تنش محوری و تنش محصورکننده است. از سیستم سلول سه محوره شکافت هیدرولیکی که در دانشگاه صنعتی سهند طراحی و ساخته شده است، استفاده گردید و 31 نمونه سنگی شامل نمونه‏های مخزنی (ماسه سنگ آغاجاری، آهک آسماری و آهک سروک) و نمونه‏های غیرمخزنی (ماسه سنگ منطقه ورزقان) مورد آزمایش قرار گرفت. برای بررسی اثر سیال از سیال پایه آبی استفاده گردید برای افزایش ویسکوزیته به آن صمغ زانتان، صمغ گوار و پلیمر افزوده شد تنش محوری در سیستم استفاده شده از بالا و تنش محصورکننده از اطراف به نمونه وارد گردید. جهت شکست‏ به‌وسیله تنش‏ها (تنش محوری و محصورکننده) تعیین شده است. با افزایش تنش محصورکننده، فشار شکست افزایش و با افزایش تنش محوری، فشار شکست تا تنش محوری 10 مگاپاسکال افزایش و پس از آن کاهش یافت. شروع و گسترش شکست هیدرولیکی متأثر از نفوذپذیری و ویسکوزیته سیال شکست می‏باشد. فشار شکست برای سیال با ویسکوزیته پایین (آب)، کمتر از مقدار آن برای سیال با ویسکوزیته بالا (صمغ زانتان) است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Axial and Confining Stresses Influence on Hydraulic Fracturing

نویسندگان [English]

  • Mehdi Zarezade
  • Hadi Shakeri
Department of Chemical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Hydraulic fracturing is a reservoir stimulation technique which is used to increase the flow from low permeability formations. In this paper, the mechanism of hydraulic fracturing with a focus on factors affecting hydraulic fracturing pressure has been investigated. The effects of axial and confining stresses are examined via a triaxial cell that has been designed and made in Sahand University of Technology. To this end, thirty one rock samples including reservoir samples (Aghagari sandstone, Asmari limestone and Sarvak limestone) and non-reservoir samples (Varzaghan field sandstone) are used. Water-based mud is used to study the effect of fluid type and viscosity. Xanthan gum, Guar gum, and polymer are added to increase the viscosity of the water. Axial stress applied to the top of cylindrical sample and the confining stress applied radially. The direction of failure by stresses (axial and confining stress) is determined. The results show that the fracture pressure increases by increasing the confining stress; also, fracture pressure goes through a maximum of 10 MPa by raising the axial stress but decrease from 10 Mpa. The initiation and extension of cracks in hydraulic fracturing are influenced by the rock permeability and the fracturing fluid viscosity. The fracture pressure for low viscosity fluid (water) is less than that of high viscosity fluid (xanthan gum).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic Fracturing
  • Axial Stress
  • Confining Stress
  • viscosity
  • Fracturing Fluid
  • Permeability
[1]. Haimson B. and Fairhurst C., “Hydraulic fracturing in porous-permeable materials”, Journal of  Petroleum Technolog, pp. 811-817. 1969.##

[2]. Matsunaga I., Kobayashi H., Sasaki S. and Ishida T., “Studying hydraulic fracturing mechanism by laboratory experiments with acoustic emission monitoring”, Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Abstr., Vol. 30,No. 7, pp. 909-912, 2001.##

[3]. Zeng Z. and Roegiers J., “Modeling of packer influence on hydraulic fracture initiation in laboratory tests”, Rock Mechanics in the National Interest, Proc.38th US Rock Mech.symp. 2002.##

[4]. De pater C. J. and Beugelsdijk L. J. L., “Experiments and numerical simulation of hydraulic fracturing in naturally fractured rock” presented at Alaska Rocks, The 40th U.S. Symposium on Rock Mechanics. 2005.##

[5]. Guo F., Morgenstem N. R., and Scott J. D; “An experimental investigation into hydraulic fracture propagation” Journal of  Rock Mechanics & Mining Sciences. Abstr., Vol. 30, No.3, 177-188. 2005.##

[6]. Bohloli B, De pater C. J., “Experimental study on hydraulic fracturing of soft rocks: influence of fluid rheology and confining stress”, J.Petroleum Science and Engineering .USA. No. 53, 2006.##

[7]. De pater C. J and Dong Y; “Experimental study of hydraulic fracturing in sand as a function of stress and fluid rheology”, SPE 105620, Presented at the 2007 SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference held in College Station, Texas. USA. 2007.##

[8]. Athavale  A. S. and Miskimins, Laboratory hydraulic fracturing tests on small homogeneous and; aminated blocks, ARMA-08-067, 2008.##

[9]. Zhang. G, Chen M., “Dynamic fracture propagation in hydraulic re-frecturing”, J. Petroleum Science and Engineering .USA. No. 70. 2010.##

[10]. Shimizu. H, Murata. S., and Ishida.T., “The distinct element analysis for hydraulic fracturing in hard rock considering fluid viscosity and particle size distribution”, J. Rock Mech. Min. Sci. No. 48. 2011.##

[11]. Ching. Y., Mechanics of hydraulic fracturing, Book, Gulf Publishing Company. 1997.##

[12]. Guo F., Morgenstem N. R. and Scott J. D., “An experimental investigation into hydraulic fracture propagation” Journal of  Rock Mechanics & Mining Sciences. Abstr., Vol. 30, No. 3, 177-188. 2005.##