بررسی تاثیر تنش های برجا و تخلخل بر مکانیسم رشد ترک در شکست هیدرولیکی با روش عددی ناپیوستگی جابجایی

امروزه شکست هیدرولیکی در زمینه­ های مختلف از جمله ازدیاد برداشت، اندازه­ گیری تنش­های برجا، استخراج انرژی زمین گرمایی و برداشت منابع نامتعارف هیدروکربنی مورد استفاده قرار می­ گیرد. با توجه به گستردگی استفاده از این روش، امکان اثردهی معکوس و احتمال ایجاد مخاطرات لرزه­ ای در سطح، بررسی و شناخت کامل این عملیات امری ضروری است. پژوهش­ های عددی، تحلیلی و آزمایشگاهی بسیاری در این زمینه انجام شده است که در آن­ ها وضعیت تنش­ های برجا و تخلخل از مهم­ترین عوامل اثرگذار بر انتشار، بازشدگی و فشار انتشار ترک محسوب می­ شوند. جهت مدل­ سازی عددی در این تحقیق از روش عددی ناپیوستگی جابجایی که یکی از روش­ های با توانایی بالا در مدل­ سازی ناپیوستگی و شکست می­ باشد، استفاده شده است. برنامه­ مورد استفاده بر اساس مکانیک جامدات و مکانیک شکست ایجاد شده است، با اضافه شدن ماژول جریان سیال در این پژوهش کوپل مکانیک سیالات را نیز دربرمی­ گیرد. این قسمت از برنامه توسط روش عددی تفاضل محدود زمان پیش­رو مکان مرکزی ایجاد شده است. در نهایت پس از اعتبارسنجی برنامه بررسی اثرات میدان تنش برجا و تخلخل بر انتشار ترک انجام شده است. جهت مرجعیت یافتن نتایج، پارامترهای مورد بررسی به­ صورت بدون بعد درآمده است. با توجه به نتایج به دست آمده بهترین راستای ایجاد شکست هیدرولیکی در جهت تنش حداکثر می­ باشد. با افزایش اختلاف تنش ­های برجا به فشار تزریق کمتری جهت انتشار ترک نیاز است. در صورت ایجاد ترک با زاویه نسبت به تنش حداکثر، تا زاویه ۴۵ درجه فشار تزریق کمتری جهت انتشار ترک لازم است و ترک پس از چند مرحله رشد به سمت تنش حداکثر منحرف می­ گردد. افزایش تخلخل سازند باعث کاهش مقدار مدول یانگ و ضریب پواسون گشته که در نهایت باعث افزایش بازشدگی ترک در مقادیر بالاتر تخلخل می­شود؛ بنابراین در تخلخل ۲۰ درصد میزان بازشدگی ترک بیش از ۲ برابر آن در تخلخل صفر درصد می­ باشد. در صورتی که فاصله منفذ کم­تر از ۵/۲ برابر نصف طول ترک از نوک ترک باشد، مقدار فاکتور شدت تنش نوک شکست کاهش می­ یابد.

Keywords:

Hydraulic fracturing , In-Situ Stresses , porosity , Crack propagation , Boundary element method , displacement discontinuity method