مطالعه آزمایشگاهی تاثیر شکاف‎ از پیش موجود بر گسترش شکافت هیدرولیکی تحت تنش‎های سه محوری واقعی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشکده مهندسی نفت، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه مجموعه‎ایی از آزمایش‎های آزمایشگاهی با استفاده از یک سیستم شکافت هیدرولیکی بر روی نمونه‎های سیمانی بلوکی شکل به منظور ارزیابی پیچیدگی شبکه شکستگی در زمان گسترش و برخورد شکافت هیدرولیکی با شکاف‎ از پیش موجود تحت شرایط رژیم تنش سه محوره واقعی انجام گرفت. شکاف از پیش موجود در نمونه‌های آزمایش با زوایای شیب و امتداد مختلف درنظر گرفته شدند. نتایج آزمایشگاهی دو نوع رفتار اساسی از گسترش شکافت هیدرولیکی در نقطه برخورد و برهم‌کنش با شکاف از پیش موجود را نشان می‎دهد؛ قطع‎شدگی و عدم قطع‎شدگی. این رفتارها می‎توانند با استفاده از روابط میان زوایای شیب و امتداد و تنش‎های برجا تعیین شوند. از این‌‌رو دو رابطه تجربی برای توصیف برهم‌کنش میان شکافت هیدرولیکی و شکاف از پیش موجود پیشنهاد شده است. این روابط می‎توانند به پیش‌بینی رفتار گسترش شکافت هیدرولیکی در مخازن شکاف‌دار طبیعی کمک کنند، اگرچه تعیین دقیق آنها نیازمند آزمایش‌ها و مطالعات تئوری بیشتری است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Experimental Comparative Study of the Effect of Pre-existing Fracture on Hydraulic Fracture Propagation under True Tri-axial Stresses

نویسندگان [English]

  • Ali Naghi Dehghan 1
  • Meysam Khodaei 2
1 Department of Mining Engineering, Science and Research Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Petroleum Engineering, Science and Research Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, a series of laboratory tests were conducted using a hydraulic fracturing system on the cement block specimens to investigate the hydraulic fracturing propagation and interaction with pre-existing fracture under true tri-axial stresses regime. The pre-existing fracture was prepared with different dip and strike angles in the test blocks. The Experimental results demonstrated two basic types of hydraulic fracture propagation in interaction point with pre-existing fracture; crossing and no crossing modes. They can be clearly identified from the relationships among strike angle, dip angle and in situ stresses. Two empirical relationships were proposed to describe the interactions between the pre-existing and hydraulic fractures. These relationships can be useful to predict the hydraulic fracture propagation behavior in naturally fractured reservoirs, although its accurate determination requires the more experimental and theoretical studies.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic Fracturing
  • Pre-existing Fracture
  • Naturally Fractured Reservoirs
  • Experimental Study
  • Approaching Angle

[1]. Dehghan A. N., Goshtasbi K., Ahangari K. and Jin Y., “Experimental investigation of hydraulic fracture propagation in fractured blocks,” Bulletin of Engineering Geology and the Environment, Vol. 74, Issue 3, pp.887-895, 2015.##

[2]. Dehghan A. N., Goshtasbi K., Ahangari K. and Jin Y., “The effect of natural fracture dip and strike on hydraulic fracture propagation,” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 75, pp. 210-215, 2015.##

[3]. Dehghan A. N., Goshtasbi K., Ahangari K. and Jin Y., “Mechanism of fracture initiation and propagation using a tri-axial hydraulic fracturing test system in naturally fractured reservoirs,” European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol. 20, Issue 5, pp. 560-585, 2016.##

[4]. Dehghan A. N., Goshtasbi K., Ahangari K., Jin Y. and Bahmani A., “3D numerical modeling of the propagation of hydraulic fracture at its intersection with natural (pre-existing) fracture,” Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol. 50, Issue 2, pp. 50:367-386, 2017.##

[5]. دهقان ع. ن، گشتاسبی ک.، آهنگری ک.، جین ی. و میسکیمینس ج.، "مکانیسم شروع و گسترش شکست با استفاده از یک سیستم آزمایش شکافت هیدرولیکی سه محوره بر‌روی نمونه‌هایی از بلوک‎های سیمانی،" پژوهش نفت، شماره 2-85، زمستان 94. ##

[6]. Gu H., Weng X., Lund J. B., Mack M. G., Ganguly U. and Suarez-Rivera R., “Hydraulic fracture crossing natural fracture at nonorthogonal angles: a criterion and its validation,” SPE Production & Operations, Vol. 27, Issue 01, pp. 20-26, 2012.##

[7]. Dahi-Taleghani A., “Analysis of hydraulic fracture propagation in fractured reservoir: an improved model for the interaction between induced and natural fractures,” PhD Thesis in the University of Texas at Austin, 2009.##

[8]. دهقان ع. ن.، "تأثیر جهت‌داری ناپیوستگی بر مکانیسم گسترش شکافت هیدرولیکی در مخازن هیدروکربوری،" رساله دکترای تخصصی، رشته مهندسی معدن، دانشگاه علوم و تحقیقات تهران، 1393.##

[9]. Zhou J., Chen M., Jin Y. and Zhang G. Q., “Analysis of fracture propagation behavior and fracture geometry using a tri-axial fracturing system in naturally fractured reservoirs,” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 45(7), pp.1143-1152, 2008.##

[10]. Warpinski N. R. and Teufel L. W., “Influence of geologic discontinuities on hydraulic fracture propagation,” Journal of Petroleum Technology, Vol. 39, Issue 02, pp. 209-220, 1987.##

[11]. Blanton T. L., “An experimental study of interaction between hydraulically induced and pre-existing fractures,” In SPE unconventional gas recovery symposium, Society of Petroleum Engineers, 1982.##

[12]. Lamont N. and Jessen F. W., “The effects of existing fractures in rocks on the extension of hydraulic fractures,” Journal of Petroleum Technology, Vol. 15, Issue 02, pp. 203-209, 1963.##

[13]. Blanton T. L., “Propagation of hydraulically and dynamically induced fractures in naturally fractured reservoirs,” In SPE Unconventional Gas Technology Symposium, Society of Petroleum Engineers, 1986.##

[14]. Renshaw C. E. and Pollard D. D., “An experimentally verified criterion for propagation across unbounded frictional Interfaces in Brittle, Linear Elastic Materials,” In International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & geomechanics abstracts, Vol. 32, No. 3, pp. 237-249, Pergamon, 1995.##

[15]. Liu Z., Chen M. and Zhang G., “Analysis of the influence of a natural fracture network on hydraulic fracture propagation in carbonate formations,” Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol. 47, No. 2, pp. 575-587, 2014.##

[16]. Olson J. E., Bahorich B. and Holder J., “Examining hydraulic fracture: natural fracture interaction in hydrostone block experiments,” In SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference, Society of Petroleum Engineers, 2012.##

[17]. 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. 29-30 May, 1974.##

[18]. Zhou J. and Xue C., “Experimental investigation of fracture interaction between natural fractures and hydraulic fracture in naturally fractured reservoirs,” In SPE Europec/Eage Annual Conference and Exhibition, Society of Petroleum Engineers, 2011.##