مطالعه آزمایشگاهی بررسی اثر ژئومتری ترک ایجاد شده در دیواره چاه، بر روی فشارشکست هیدرولیکی

نویسندگان

گروه مهندسی معدن دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین

چکیده

اصطلاح شکست هیدرولیکی بیانگر فرآیند شروع و گسترش ترک در سنگ ناشی از فشار هیدرولیکی اعمال شده توسط سیال است که روشی برجا برای ارزیابی وضعیت تنش­های زمین و افزایش بهره­وری از مخازن نفتی است. در این تحقیق با انجام آزمون­های آزمایشگاهی، اثر ژئومتری ترک ایجاد شده در دیواره­ی چاه بر روی فشار شکست هیدرولیکی بررسی می­شود. این بررسی از این جهت اهمیت دارد که شرکت­های مجری عملیات شکست هیدرولیکی همواره سعی بر این دارند که هزینه­ی ناشی از خرید پمپ را کاهش دهند. از این­رو بررسی فشار می­تواند در انتخاب علمی یک پمپ مناسب، مفید واقع شود. برای انجام آزمایش یک سری نمونه­های استوانه­ای تو خالی جدار ضخیم از گچ با قطر خارجی 73 میلی­متر و قطر داخلی 25 میلی­متر و ارتفاع 150 میلی­متر آماده می­شود، در این نمونه­ها ترک­های مصنوعی ایجاد کرده و اثر طول، ارتفاع و عرض ترک بر روی فشار شکست هیدرولیکی بررسی می­شود. این آزمایش را برای چند حالت مختلف انجام داده و در هر سری یکی از پارامترها را تغییر داده و دو پارامتر دیگر ثابت نگه داشته می­شود و تاثیر هر یک از این پارامترها بر روی فشار شکست هیدرولیکی بررسی می­شود. برای ساخت نمونه­های مصنوعی استوانه­ای توخالی قالبی ساخته شد تا این نمونه­های ترک­دار آماده شود. نتایج آزمایشگاهی نشان می­دهد که فشار شکست هیدرولیکی با افزایش طول و ارتفاع ترک، به­صورت خطی کاهش می­یابد و با افزایش عرض ترک، به­صورت غیرخطی کاهش می­یابد. هم­چنین اثر طول ترک بر روی فشار شکست هیدرولیکی بیش­تر از ارتفاع ترک و آن نیز بیش­تر از عرض ترک است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental study of investigating effect of crack geometry in well wall on hydraulic fracturing pressure

نویسندگان [English]

  • Sadegh Hesari
  • Mehdi Hosseini
Imam Khomeini International university
چکیده [English]

The term hydraulic fracturing expresses process of beginning and expanding the crack in the rock that caused by hydraulic pressure exerted by the fluid which is a way for assessing state of tensions in the ground and increase the efficiency of oil reservoirs. In this study, by carring out laboratory test, the effect of the geometry of cracking created in the wall of the well is investigated on hydraulic fracture pressure. This investigation is important because the companies that perform the hydraulic fracture are always trying to decrease cost of pump purchase. So pressure investigation can be useful in selecting suitable pump. For testing, a series cylindrical and hollow samples with a 73 mm external diameter, 25 mm inner diameter and 150 mm height are provided. In these samples, artificial cracks were created and the effect of length, height and crack thickness on hydraulic pressure was investigated. These tests are carried out for several different modes that in each series one of the parameters is changed and two other parameters are fixed and the effect of each parameters on the hydraulic fracture pressure is investigated. For the production of cylindrical samples, a mold was made to prepare cracked sample. The experimental results indicate that hydralic fracturing pressure linearly decreases with a increasing in the length and height of the crack. This pressure nonlinearly decreases with a increasing in the crack width. Also, crack length have more effect than crack height on the hydraulic fracture pressure and is also greater than the crack width.

کلیدواژه‌ها [English]

  • hydraulic fracturing
  • well
  • crack width
  • crack length
  • crack height

آیت­اللهی، م. ر.، پور کاویان، م. ح. و محمد علیها، م. ر (1390) تعیین حداقل فشار لازم برای آغاز رشد ترک، در عملیات شکست هیدرولیکی، نشریه­ی علمی-پژوهشی مهندسی معدن، دوره ششم، شماره دوازدهم، صفحه 61 تا 70.

بداغ­آبادی، س.، فولادچی، س. و موسوی، س. ج (1387) تعیین پارامترهای مقاومتی سازندهای ماسه­سنگی با استفاده از تخلخل، دومین کنفرانس مهندسی معدن ایران، دانشگاه تهران.

برهانی کودهی، ه (1390) تعیین خواص ژئومکانیکی مخزن با استفاده از داده­های پتروفیزیکی و بررسی بهبود تولید با استفاده از بهینه­سازی شکست هیدرولیکی، پایان­نامه کارشناسی­ارشد، دانشکده فنی مهندسی، گروه معدن، دانشگاه بین­المللی امام خمینی.

حسن­پور، ر. ا. و چوپانی، ن. ع (1386) اندازه­گیری چقرمگی شکست سنگ و بررسی خصوصیات شکست آن تحت شرایط بارگذاری مرکب با استفاده از روش­های عددی و آزمایشگاهی، سومین کنفرانس مکانیک سنگ ایران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر- تهران- ایران.

سید سجادی، ش (1391) تحلیل مطالعات ژئومکانیکی مخازن کشورهای حوزه­ی خلیج­فارس جهت تحلیل و اعمال روش و یافته­ها در میادین هیدروکربروری ایران، پایان­نامه کارشناسی­ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه معدن، دانشگاه بین­المللی امام خمینی.

شفائی­زاده، ا.، فروزان، م. ر. و فرامرزی، ل (1393) شبیه­سازی جوانه­زنی و رشد ترک در عملیات شکست هیدرولیکی چاه نفت با استفاده از معیار آسیب تنش اصلی بیشینه، مجله مهندسی مکانیک مدرس، دوره 14 شماره 5 صفحه 164 تا 174.

علی­پور کله بستی، م. و بهلولی، ب (1391) بررسی آزمایشگاهی تاثیر تنش­های حرارتی بر شکست سنگ مخزن یکی از میادین نفتی دریایی ایران، مجله فیزیک زمین و فضا، دوره 38، شماره 4، صفحة 39 تا 48.

قربانی، ا (1394) پارامترهای موثر بر نتیجه­ی عملیات شکست هیدرولیکی، ماهنامه­ی علمی- ترویجی اکتشاف و تولید، شماره­ی 123، صفحه 72 تا 80.

معظمی گودرزی، ح.، آهنگری، ک. و شیخ ذکریایی، س. ج (1393) تأثیر نسبت پواسون بر فشار شکست در عملیات شکست هیدرولیکی، دومین همایش ملی نفت و گاز ایران.

Bareer, R. D., Fisher, M.K. and Woodroof, R. A (2002) Apractical guide to hydraulic cfracturing diagnostic technologies. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Texas, pp. 10-15.

Brenne, S., Molenda, M., Stöckhert, F. and Alber, M (2013) Hydraulic and Sleeve Fracturing Laboratory Experiments on 6 Rock Types. Chapter 20 from the book Effective and Sustainable Hydraulic Fracturing.

Brown, J.E. and Econmides, M. J (1992) practical considerations in Fracture Treatmeant Design. Elsevier, Amsterdm.

Chen, M. and Zhang, G-Q (2004) Laboratory Measurement and Interpretation of the Fracture Toughness of Formation Rocks At Great Depth. Journal of Petroleum Science and Engineering, 41: 221-231.

De pater, C. J. and Dong, Y (2007) 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.

International Society for Rock Mechanics and Ulusay, R (2007) The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring: 1974-2006. International Soc. for Rock Mechanics, Commission on Testing Methods.

Mubeen, A. and Kim, K (1985) CYLINDRICAL SPECIMENS FOR Kic OF ROCKS. Int. J. Mech. Sci, 27: 711-715.

Nasehi, M. J and Mortazavi, A (2013) Effects of in-situ stress regime and intact rock strength parameters on the hydraulic fracturing.

Sodeifi, H and Hosseini, M (2015) Experimental and numerical studies for determining the mode Icritical stress intensity factor using thick walled hollow cylindrical marly specimens. Arab J Geosci, DOI 10.1007/s12517-015-1774-y.

Wang, S.Y., Sun, L., Au, A.S.K., Yang, T.H. and Tang, C.A (2009) 2D-numerical analysis of hydraulic fracturing in heterogeneous geo-materials. Construction and Building Materials, 23: 2196–2206.

Wilkinson, J.R., Teletzke, G.F. and King, K.C (2006) Opportunities and Challenges for Enhanced Recover in Middle East. SPE Monograph, 22: 15-20.