مکانیسم شروع و گسترش شکست با استفاده از یک سیستم آزمایش شکافت هیدرولیکی سه محوره بر روی نمونه‎هایی از بلوک‌های سیمانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، گروه مهندسی معدن

2 دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی معدن، ایران

3 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، گروه مهندسی معدن، ایران

4 دانشگاه نفت چین، گروه مهندسی نفت، پکن، چین

5 مدرسه معدنی کلرادو، گروه مهندسی نفت، گلدن، آمریکا

چکیده

در این مطالعه مجموعه‌ای از آزمایش‌ها با استفاده از یک سیستم شکافت هیدرولیکی سه محوره واقعی به منظور بررسی مکانیسم شروع و گسترش شکافت هیدرولیکی بر روی نمونه‌های سیمانی شکاف‌دار و فاقد شکاف در شرایط رژیم تنش نرمال و تکتونیکی انجام شد و تاثیر میدان تنش و شکاف‌های طبیعی بر روی شروع و گسترش شکاف هیدرولیکی مورد بحث قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که تمرکز تنش در اطراف چاه به میزان مشخصی، فشار شکست در سنگ را افزایش می‌دهد. به‌گونه‌ای که وجود شکاف طبیعی در دیواره چاه این تمرکز تنش را از بین برده و منجر به کاهش فشار شروع شکست به حدود دو سوم  فشار در نمونه‌های بدون شکاف طبیعی شده است. همچنین دو نوع برهم‌کنش میان شکافت هیدرولیکی و شکاف طبیعی (شکاف موجود) در نمونه‌های شکاف‌دار مشاهده شد که عبارتند از قطع‌شدگی و بازشدگی شکاف طبیعی. در شرایط رژیم تنش نرمال، شکافت هیدرولیکی شکاف موجود را قطع کرده و از آن عبور می‌نماید. در صورتی‌که در شرایط رژیم تنش تکتونیکی به‌علت افزایش برهم‌کنش میان شکافت هیدرولیکی و شکاف موجود حتی در تنش تفاضلی بالا، شکافت هیدرولیکی با باز شدن شکاف موجود به دام افتاده و قادر به عبور از آن نمی‌باشد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Mechanism of Fracture Initiation and Propagation Using a Tri-axial Hydraulic Fracture Test System on the Cement Blocks

نویسندگان [English]

  • Ali Naghi Dehghan 1
  • Kamran Goshtasbi 2
  • Kave Ahangari 3
  • Yan Jin 4
  • Jenifer Miskimins 5
1 Department of Mining Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University,Tehran, Iran
2 Department of Mining Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Department of Mining Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University,Tehran, Iran
4 Department of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing, China
5 Department of Petroleum Engineering, Colorado School of Mines, Golden, USA
چکیده [English]

In this study, a series of laboratory tests using a real Tri-axial Hydraulic Fracture System were performed to investigate the mechanism of fracture initiation and propagation on thecement blocks in different reservoirs in normal and tectonic stress regimes. The influences of crustal stress field, confining pressure, and natural fractures on the fracture initiation and propagation were discussed. Experimental results demonstrate that stress concentration around the hole would significantly increase the fracture pressure of the rock. At the same time, natural fractures in the borehole wall would eliminate the stress concentration, which leads to a decrease about two thirds in the fracture initiation pressure. Two interaction types between induced fractures with pre-fracture were observed including crossing and opening the pre-existing fracture. In a normal stress regime, hydraulic fracture crossed the pre-fracture. But in tectonically stressed or shallow reservoirs, due to high interaction between hydraulic and natural fractures, hydraulic fracture was arrested by opening of the pre-fracture.
 

[1]. Weijers L., “The near-wellbore geometry of hydraulic fractures initiated from horizontal and deviated wells,” Ph.D. dissertation. Delft University of Technology, Netherlands. 1995.##

[2]. Hubbert M. K., and Willis D. G., “Mechanics of hydraulic fracturing,” Journal of American Association of Petroleum Geologists, Vol. 12, No. 18, pp. 239-257, 1957.##

[3]. Thiercelin M., Naceur K. B., and Lemanczyk Z. R., “Simulation of threedimensional propagation of a vertical hydraulic fracture,” Paper SPE 13861 Presented at the SPE/DOE Low Permeability Gas Reservoirs, May 19-22, Denver, Colorado, 1985.##

[4]. Daneshy A. A., “Hydraulic fracture propagation in the presence of planes of weakness,” Paper SPE 4852 Presented at the SPE European Spring Meeting, Amsterdam, the Netherlands, May 29-30, 1974.##

[5]. Blanton T. L., “Propagation of hydraulically and dynamically induced fractures in naturally fractured reservoirs,” SPE 15261, Presented at the SPE/DOE Unconventional Gas Technology Symposium, Louisville, May 18–21, 1986.##

[6]. Warpinski N. R. and Teufel L. W.; “Influence of geologic discontinuities on hydraulic fracture propagation,” J. Petrol. Technol., pp. 209–220, 1987.##

[7]. Beugelsdijk L. J. L., De Pater C. J., and Sato K., “Experimental hydraulic fracture propagation in a multi-fractured medium,” Paper SPE 59419 Presented at the SPE Asia Pacific Conference on Integrated Modeling for Asset Management, Yokohama, Japan, April 25-26, 2000.##

[8]. Daneshy A. A.; “Off-balance growth: a new concept in hydraulic fracturing,” J. Petrol. Technol., pp. 78–85, 2003.##

[9]. Daneshy A. A., “Analysis of off-balance fracture extension and fall-off pressures,” SPE 86471, Presented at the SPE International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control, Lafayette, pp. 18–20, 2004.##

[10]. Daneshy A. A., “Impact of off-balance fracturing on borehole stability and casing failure”, SPE 93620, Presented at the SPE Western Regional Meeting, Irvine, CA. 2005.##

[11]. Zhou J., Chen M., Jin Y., and Zhang, G.-q.; “Experimental study of propagation mechanism of hydraulic fracture in naturally fractured reservoir,” Acta Petrolei Sinica, Vol. 28, No. 5, pp. 109-113, 2007 (in Chinese).##

[12]. Zhou J., Chen M., Jin Y., Zhang, G.-q., “Analysis of fracture propagation behavior and fracture geometry using a tri-axial fracturing system in naturally fractured reservoirs,” Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Vol. 45, pp. 1143-1152,  2008.##

[13]. Suarez-Rivera R., Burghardt J., Stanchits S., Edelman E., Surdi A., “Understanding the effect of rock fabric on fracture complexity for improving completion design and well performance,” IPTC 17018, Presented at the International petroleum Technology Conference, Beijing, March 26–28, 2013.##

[14]. Dehghan A. N., Goshtasbi K., Ahangari K., and Jin Y., “Experimental investigation of hydraulic fracture propagation in fractured blocks,” Bull. Eng. Geol. Environ. 74:887-895, 2015a .##

[15]. Dehghan A. N., Goshtasbi K., Ahangari K., and Jin Y. (2015b) “The effect of natural fracture dip and strike on hydraulic fracture propagation,” Int. J. Rock. Mech. Min. Sci., 75, pp. 210–215.##