مطالعه عددی تاثیر فشار سیال بر رفتار ترک گسترده در پوش سنگ مخازن ذخیره سازی گاز

 از جمله مسائل چالشی در حوزه مهندسی نفت، اطمینان از یکپارچگی پوش سنگ است. به طوری که با استحصال یا ذخیره سازی مواد هیدروکربوری، فشار حفره ای داخل مخزن تغییر کرده و ضمن باز توزیع تنش­ها، باعث ایجاد زون های آسیب دیده در پوش سنگ و نشت از آن می گردد. بنابراین، هدف اصلی در این مقاله، توسعه مدلی از پوش سنگ بوده تا از یک طرف بتواند المان های آسیب دیده به واسطه ایجاد ترک را شناسایی نموده و از طرف دیگر تاثیر فشار سیال داخل ترک بر توسعه ترک خوردگی را لحاظ نماید. بدین منظور از رویکرد ترک گسترده استفاده شده است. مطالعه تاثیر نفوذ سیال بر چگونگی رشد و توسعه ترک، همواره به عنوان چالشی جدی در مطالعه ترک مطرح بوده است؛ زیرا مدل سازی چنین فرایندی مستلزم انجام برنامه­نویسی حرفه ای و پیچیده برای ترک گسترده و یا جایگزین کردن ترک منفصل در نرم­افزارهای تجاری است. از این رو در این مقاله تاثیر فشار سیال در رشد ترک گسترده بر اساس تحلیل غیرخطی دینامیکی و کدنویسی در محیط برنامه نویسی فرترن مورد مطالعه قرار گرفته و بر اساس نرم افزار تجاری آباکوس اعتبارسنجی گردیده است. نتایج نشان داد که نه تنها جواب های حل مسئله از هر دو روش، تطابق خوبی داشته بلکه با ورود سیال به داخل ترک، بازشدگی ترک نیز به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. چنان که با افزایش میزان بار، ناحیه ترک خورده، گسترده تر شده به نحوی که برای بار ۲۴۰ کیلونیوتن، ترک ها در فاصله ۱ متری و برای بار ۳۰۰ کیلو نیوتنی ترک ها در فاصله ۵/۲ متری از تکیه گاه، تیر یک سر گیردار ایجاد شد. همچنین با افزایش فشار سیال از صفر به ۰۵/۰ و ۱/۰ مگاپاسکال، میزان بازشدگی ترک (که همان افزایش کرنش سازه پس از ایجاد ترک می­باشد)، از ۱۵ تا ۲۵ درصد، در مقایسه با حالت بدون اعمال فشار سیال در ترک افزایش می­یابد؛ که این نتیجه با واقعیت موجود منطبق است. از طرفی براساس نتایج حاصله، در گام های محاسباتی یکسان، با افزایش فشار سیال، مقدار باربرداری در کرنش های بزرگ تری حادث شده، که این مهم نیز به دلیل افزایش بازشدگی دهانه ترک می­باشد. نتایج مربوط به تاریخچه­ی مقادیر تنش در نقطه گوسی از یک طرف نشان می­دهند که در کدام گام محاسباتی، نقاط مورد نظر درگیر بارگذاری، باربرداری، کشش یا فشار می­باشند و از طرفی دیگر گویای این واقعیت هستند که با افزایش فشار سیال داخل ترک، میزان تنش موثر کاهش می­یابد.

Keywords:

Numerical Model , caprock integrity , underground gas storage , Smeared Crack , Fluid pressure