نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

مدل‌سازی عددی شکست هیدرولیکی با استفاده از نرم‌افزار المان محدود اباکوس و تعیین عوامل موثر بر فشار شروع شکست

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی نفت، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 گروه مهندسی نفت و معدن، مرکزتحقیقات مدل‌سازی و بهینه‌سازی درعلوم و مهندسی، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
چکیده
شکست هیدرولیکی به عنوان روشی برای تحریک مخازن نفتی به عوامل مختلفی بستگی دارد. از آنجا که عملیات شکست هیدرولیکی بسیار پرهزینه می‌­باشد. پیش‌­بینی چگونگی پیشرفت عملیات و همچنین پیش‌­بینی فشار مورد نیاز شکست برای تعیین پمپ مناسب قبل از عملیات در سایت بسیار حائز اهمیت می­‌باشد. در پژوهش حاضر به مدل­‌سازی عددی شکست هیدرولیکی در 4 حالت مختلف در نرم‌افزار المان محدود اباکوس و مقایسه نتایج حاصل با مدل­‌سازی آزمایشگاهی آن به منظور یافتن فشار شکست پرداخته شده است. سپس تحلیل حساسیت با استفاده از نرم‌افزار اباکوس به منظور بررسی تاثیر تغییر پارامترهای مختلف بر روی فشار شکست انجام شد. این پارامترهای ورودی که در واقع داده‌­های چاه می‌­باشند شامل مدول الاستیسیته، تنش جانبی، تنش محوری، مقاومت کششی و نسبت پواسون می­‌باشند. نتایج نشان می­‌دهد که تنش جانبی و مقاومت کششی بیشترین تأثیر را بر روی فشار شکست دارند و تاثیر پارامترهایی مثل تنش محوری و مدول یانگ در تعیین فشار شکست بسیار ناچیز است. در این تحقیق مدل‌‌­سازی انجام شده مشابه مدل­های آزمایشگاهی می­باشد و نمونه­‌ها به صورت بکر و بدون هیچ ترک اولیه طراحی شده اند. نتایج حاصل از مدل­‌سازی عددی اختلاف کمی با مدل­‌سازی آزمایشگاهی داشتند، این اختلاف در آزمایش‌­های 1 و 4 کمتر از 1 درصد، در آزمایش 2 این اختلاف 13 و در آزمایش 3 این اختلاف 15 درصد محاسبه شده است. جهت ترک‌­های ایجاد شده با آنچه از قبل در موارد تئوری بیان شده بود و آنچه در مدل­‌سازی آزمایشگاهی حاصل شد هم­خوانی داشت. ترک­‌های حاصل در راستای محور گمانه و عمود بر تنش جانبی به وجود آمدند. با توجه به نتایج حاصل می­‌توان از مدل‌­سازی عددی جهت توسعه عملیات شکست هیدرولیکی استفاده کرد.
کلیدواژه‌ها

[1]        Zhang, G., et al., Three-dimensional finite element simulation and parametric study for horizontal well hydraulic fracture. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2010. 72(3-4): p. 310-317.
[2]        Lakirouhani, A., & Farkhondeh, S. (2018). Effective Parameters on Breakdown Pressure in Hydraulic Fracturing, Modeling with Finite Difference Method. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 50(3), 557-566. doi: 10.22060/ceej.2017.12514.5221
[3]        Pirhadi, A., et al., Wellbore Stability in a Depleted Reservoir by Finite Element Analysis of Coupled thermo-poro-elastic Units in an Oilfield, SW Iran. Results in Earth Sciences, 2023: p. 100005.
[4]        Shariat zadeh, A., Hosseini, M., & Ghadiri, M. (2021). Numerical modeling for investigating the effect of thermal stress on fracture pressure and principal stresses in hydraulic fracturing creation process in rocky environment. Journal of Petroleum Geomechanics, 4(1), 67-79. doi: 10.22107/jpg.2021.253861.1127
[5]         M‌o‌l‌a‌a‌l‌i, M., & Y‌a‌z‌d‌a‌n‌i, M. (2014). N‌U‌M‌E‌R‌I‌C‌A‌L M‌O‌D‌E‌L‌I‌N‌G O‌F H‌Y‌D‌R‌A‌U‌L‌I‌C F‌R‌A‌C‌T‌U‌R‌I‌N‌G I‌N O‌I‌L R‌E‌S‌E‌R‌V‌O‌I‌R‌S W‌I‌T‌H E‌X‌T‌E‌N‌D‌E‌D F‌I‌N‌I‌T‌E E‌L‌E‌M‌E‌N‌T M‌E‌T‌H‌O‌D. Sharif Journal of Civil Engineering, Volume 30-2(4.1), 3-11.
 
[6]        Aria, M., & Hosseini, M. (2019). Numerical Modeling for Determining Effective factors on initiation fracture Pressure in Hydraulic fracture Operation. Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology, 12(1), 57-74.
[7]        Shirinabadi, R., E. Moosavi, and M. Gholinejad, Application of distinct element method to analyze the fracture and in-situ stress on wellbore stability under triaxial compression. Indian Geotechnical Journal, 2021. 51(6): p. 1384-1398.
[8]        Attari E, Golshani A. Numerical modeling of hydraulic fracture considering the pre-existing joints using PFC software. MCEJ 2022; 22 (2) :241-260
[9]        Fahool, F., R. Shirinabadi, and P. Moarefvand, Poroelastic Analysis Employing the Finite Element Method to Assess the Effect of Changes in the Biot Coefficient on Oil Well Wall Stability. Indian Geotechnical Journal, 2023: p. 1-13.
[10]      Akrami, A., & Hosseini, M. (2017). Laboratory Modeling of hydraulic fracturing. New Findings in Applied Geology, 11(21), 83-91. doi: 10.22084/nfag.2017.1926