نقش خواص ژئومکانیکی در فرآیند گسترش شکست هیدرولیکی با استفاده از تکنیک شبکه شکستگی‌های مجزای موهومی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک سنگ، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 عضو هیات علمی دانشگاه تربیت مدرس تهران

چکیده

شکست هیدرولیکی از روش‌های مرسوم و رایج در تحریک چاه‌های هیدروکربوری با نفوذپذیری پایین به منظور بهبود تولید است. این روش جهت ایجاد شکاف‌های مصنوعی و تحریک جریان سیال در چاه‌های نفت و گاز کاربرد گسترده‌ای دارد. در این مقاله با استفاده از تکنیک شبکه شکستگی‌های مجزا، فرآیند گسترش شکستگی در نرم‌افزار اجزای مجزای UDEC شبیه‌سازی شد. این روش کلیدی برای شبیه‌سازی شکست هیدرولیکی است که قابلیت انجام آنالیز هیدرومکانیکی برای مدل‌سازی جریان سیال داخل شبکه شکستگی‌ها را داراست. به دلیل آنکه مدل‌سازی شروع یک شکستگی القایی در روش اجزای مجزا مشکل است، در این مقاله از تکنیک درزه‌های ساختگی برای شبیه‌سازی فرآیند استفاده شده است. در این راستا برای مدل‌سازی فرآیند گسترش شکستگی در محیطی معادل با خواص ماده سنگ، از درزه‌های موهومی استفاده شد. بدین منظور، خواص مقاومتی و مکانیکی ناپیوستگی‌ها معادل با خواص مقاومتی و مکانیکی ماده سنگ در نظر گرفته شد. سپس، نقش پارامترهای مکانیک سنگی شامل مدول الاستیسته، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی در فرآیند گسترش شکستگی بررسی شد. نتایج مدل‌سازی‌های عددی نشان دادند که با افزایش مدول الاستیسته و کاهش زاویه اصطکاک، گسترش شکست هیدرولیکی افزایش می‌یابد. همچنین افزایش مقدار چسبندگی تاثیر چشم‌گیری بر طول گسترش شکست ندارد، اما باعث کاهش بازشدگی شکاف هیدرولیکی می‌شود.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Role of Geomechanical Properties in the Process of Hydraulic Fracturing Propagation by using Fictitious Discrete Fracture Network Technique

نویسندگان [English]

  • Rouhollah Basirat 1
  • Kamran Goshtasbi 1
1 Rock Mechanics Engineering Group, Technical and Engineering Department, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hydraulic fracturing is one of the conventional and common methods to stimulate oil and gas formations with low permeability. This method is widely used for creating artificial fractures and stimulate fluid flow in oil and gas wells. In this paper, fracture propagation process was simulated by using a Discrete Fracture Network (DFN) in UDEC software. Discrete Element Method (DEM) is a key for simulating hydraulic fracturing which is capable of performing a fully coupled hydromechanical analysis to model fluid flow through a network of fractures. In this regard, fictitious joints were used for modeling fracture propagation in a medium with equal to intact rock properties. To achieve this goal, the mechanical and strength properties of discontinuities were considered equal to mechanical and strength properties of intact rock. Then, the role of rock mechanics parameters including elastic modulus, cohesion and friction angle were studied in the process of fracture propagation. The results of numerical simulations showed that the extended fracture length is increased by increasing the elastic modulus and decreasing the friction angle. Also, increasing in the cohesion does not have a significant effect on the extended fracture length, but it reduces the hydraulic fracture opening.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic Fracturing
  • Discrete Fracture Network
  • Geomechanical Properties
  • Fictitious Joints
  • Fracture Propagation

 

[1]. Guo B., Lyons C. W., Ghalambor A., “Petroleum production engineering,” Louisiana: Elsevier Science & Technology Book, pp. 507-514, 2007.##

[2]. Economides M., “Evaluation of impacts to underground sources of drinking water by hydraulic fracturing of coalbed methane reservoirs”, Department of Energy,” pp. 2-24, 2004.##

[3]. Basirat R. and Goshtasbi K., “The capabilities of different numerical methods to predict the crack propagation by hydraulic fracturing in hydrocarbon reservoirs,” 2nd National Conference on Petroleum Geomechanics, Tehran, Iran [in Farsi], 2017.##

[4]. پاک ع. و صمیمی س.، "ارزیابی رویکردهای مختلف در پیش‌بینی الگوی ترک در عملیات ایجاد شکاف هیدرولیکی در مخازن نفتی و ارائه یک رویکرد جدید،" پژوهش نفت، شماره 72، صفحه73-58، 1391.##

[5]. Nagel N., Gill I., Sanches Nagel M. and Damjanac B., “Simulating hydraulic fracturing in real fractured rock overcoming the limits of pseudoo3D models,” Paper SPE 140480 Presented at SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference, Woodlands, Texas, USA, 2011.##

[6]. Yao Y., “Linear elastic and cohesive fracture analysis to model hydraulic fracture in brittle and ductile rocks,” Rock Mechanics and Rock Engineering Journal, Vol. 45, No. 3, pp. 375-387, 2012.##

[7]. Zhang, X. and Jeffrey, R.G. “Fluid-driven multiple fracture growth from a permeable bedding plane intersected by an ascending hydraulic fracture,” Journal of Geophysical Research, Vol. 117, B12402, doi:10.1029/JB009609, 2012.##

[8]. Behnia M., Goshtasbi K., Fatehi Marji M. and Golshani A., “On the crack propagation modeling of hydraulic fracturing by a hybridized displacement discontinuity/boundary collocation method,” Journal of Mining and Environment, Vol. 2, No.1, pp. 1-16, 2011.##

[9]. Behnia M., Goshtasbi K., Fatehi Marji M. and Golshani A., “Numerical simulation of interaction between hydraulic and natural fractures in discontinuous media,” Acta Geotechnica, DOI 10.1007/s11440-014-0332-1, 2014.##

[10]. Behnia M., Goshtasbi K., Zhang G. and Mirzeinaly Yazdi S. H., “Numerical modeling of hydraulic fracture propagation and reorientation,” European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol. 19, No. 2, pp. 152-167, DOI: 10.1080/19648189.2014.939306, 2015.##

[11]. Jing L. and Stephansson O., “Fundamentals of discrete element methods for rock engineering: Theory and applications (developments in geotechnical engineering),” Amsterdam: Elsevier, 2007.##

[12]. Wang S., “Fundamental studies of the deformability and strength of jointed rock massesat three dimensional level,” PhD Dissertation, University of Arizona, Tucson, 1992.##

[13]. Economides M. J., Valkó J. P., Oligney R. E., “Unified fracture design: bridging the gap between theory and practice,” Orsa Press, 2002.##

[14]. Ivars D. M ., “Water inflow into excavations in fractured rock-a three-dimensional hydro-mechanical numerical study,” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. Vol. 43, pp. 705–725, 2006.##

[15]. Liu G., Zhang J., Lu H., Li S., Wu T. and Meng Z., “Evaluation of rock mechanical properties to assist hydraulic fracturing in a tight oil reservoir,” Materials Research Innovations, Vol. 19, sup. 8, S8-260-S8-267, 2015.##