مدلسازی عددی برای تعیین عوامل موثر بر فشار شروع شکست در عملیات شکست هیدرولیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

چکیده

با توجه به نیاز روزافزون کشور به نرخ تولید بیشتر از چاه‌های نفتی و بازدهی بیشتر مخازن نفت، فعال‌سازی مجدد چاه‌های نفت در ایران امری ضروری به نظر می‌رسد. تولید نفت باگذشت زمان، به دلیل کاهش فشار مخزن و بسته شدن ترک‌ها و منافذ میکروسکوپی موجود در سنگ مخزن کاهش می‌یابد. شکست هیدرولیکی به‌عنوان روشی برای تحریک مخازن نفتی به عوامل مختلفی ازجمله خصوصیات محیطی که شکستگی در آن رشد می‌کند، بستگی دارد. خصوصیات مکانیکی لایه‌ها به‌عنوان یکی از مهمترین پارامترهای تأثیرگذار بر رونـد گسترش شکسـت هیدرولیکی و هندسه‌ی آن شناخته می‌شوند. در پژوهش حاضر، سعی بر این است که عوامل مختلف دخیل در شکست هیدرولیکی و تاثیر هر یک از آنها بر شکست هیدرولیکی بررسی شود تا محل مناسب برای انجام عملیات شکست هیدرولیکی انتخاب شود که باعث می شود هم هزینه های عملیاتی پایین بیاید و هم شکست بهتر و موثر تری داشته باشیم. در این تحقیق، توسط نرم‌افزار ABAQUS مدل‌سازی‌های عددی در 10 حالت مختلف انجام‌شده و سپس اثر هر یک از این پارامترهای ورودی، روی فشار شکست هیدرولیکی با انجام تحلیل حساسیت بررسی ‌شده است. این پارامترهای ورودی که درواقع داده‌های چاه می‌باشند شامل مدول الاستیسیته، تنش افقی حداقل و حداکثر، تنش قائم، مقاومت کششی، نسبت پواسون و فشار منفذی می‌باشند. اطلاعات موردنیاز از چاه‌های حفرشده در سنگ‌های کربناته ی ایران گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهد که تنش افقی حداقل بیشترین تأثیر را بر روی فشار شکست دارد و پارامتر هایی مثل تنش قائم و مدول یانگ در تعیین فشار شکست بی تاثیر هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling for Determining Effective factors on initiation fracture Pressure in Hydraulic fracture Operation

نویسندگان [English]

  • Mehdi Aria
  • Mehdi Hosseini
Imam Khomeini international university
چکیده [English]

According to increasing demand of the country for more production rates and output from oil reservoirs, it's necessary to re-activate the oil wells in Iran. Oil production in overtime Reduces, The reason of this event is decreased reservoir's Pressure and Closure the cracks and microscopic holes. Hydraulic fracture as a method for stimulating oil reservoirs related to various factors including the characteristics of the environment which the fracture grows. Mechanical properties of the layers recognized as the one of the most effective parameters on the progress of hydraulic fracture and its geometry. In this study, we try to indagate the various factors involved in hydraulic fracture and the effect of each of them on hydraulic fracture until reduce both operation costs and better and more efficient failure. In this research, numerical modeling was done by ABAQUS software in 10 different cases and then, the effect of the each input parameters on the hydraulic fracture pressure was investigated by performing sensitivity analysis. Actually these input parameters are well's data and including Young's modulus, minimum and maximum horizontal stress, vertical stress, tensile strength, poison’s ratio and pore pressure. Required information is obtained from excavated wells in carbonate rocks in Iran. The results show's minimum horizontal stress has the most effect on the hydraulic fracture pressure and parameters such as vertical stress and Young's modulus are not effective in determination of hydraulic fracture pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic fracturing
  • Sensitivity analysis
  • Numerical modeling
  • ABAQUS software

اکرمی، ع. و حسینی، م.، 1396. مدل‌سازی آزمایشگاهی شکست هیدرولیکی، یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، دوره‌ی 11، شماره‌ی 21،           91 -83.

چمن زاد، م. ع.، نوروزی بزمین آبادی س.، رمضان زاده ا.، تخم چی ب. و نوروزی ه.، 1394. مدل‌سازی ‌ژئومکانیکی ‌و ‌تعیین ‌پنجره‌ ایمن‌ گل ‌حفاری (‌مطالعه ‌موردی ‌در ‌یکی ‌از ‌چاه‌های ‌میدان ‌نفتی ‌آزادگان)"، اولین کنفرانس ملی ژئومکانیک نفت، 22-24 اردیبهشت، مرکز همایش‌های بین‌المللی پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران.

سید سجادی ش. و عقیقی م. ع.، 1394. ساخت و تحلیل مدل ژئومکانیکی مخزن بنگستان در میدان کوپال، نشریه‌ی علمی-پژوهشی معدن، دوره دهم، شماره 26،  34-21.

شفائی زاده ا.، فروزان م. ر.،  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، 174-164.

شلیلیان، ر.؛ 1395. آموزش گام به گام Abaqus،انتشارات خلیج فارس، 349 ص.

شیرین آبادی ر.، رسولی و.،  گشتاسبی ک.، 1385. تحلیل پایداری چاه در یکی از مخازن نفتی ایران، اولین کنگره مهندسی نفت ایران، 9-10 خرداد، تهران.

 دهقان ع. ن.، گشتاسبی ک.، آهنگری ک.، جین ی.،  میسکیمینس ج.، 1394. مکانیسم شروع و گسترش شکست با استفاده از یک سیستم آزمایش شکافت هیدرولیکی سه  محوره بر روی نمونه‌هایی از بلوک‌های سیمانی، پژوهش نفت، دوره 25، شماره‌ی 2-85، 189-180.

کوچکی ا. و گشتاسبی ک.، 1386. تحلیل پایداری چاه نفت سازند آسماری مخزن کوپال، ششمین کنفرانس دانشجویی مهندسی معدن، 23-21 اسفند، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران.

 ملاعلی م. و یزدانی م.، 1393. مدل‌سازی عددی شکست هیدرولیکی در مخازن نفتی با اجزاء محدود توسعه یافته، مهندسی عمران شریف، دوره‌ی 2-30، شماره‌ی 1-4، 11-3.

 

Abdollahipour, A., Fatehi Marji, M., Yarahmadi Bafghi, A., Gholamnejad J., 2016. DEM simulation of confining pressure effects on crack opening displacement in hydraulic fracturing, International Journal of Mining Science and Technology.

Blanton, T.L., 1986. Propagation of hydraulically and dynamically induced fractures in naturally fractured reservoirs, Presented at the SPE/DOE Unconventional Gas Technology Symposium, 18-21 May, Louisville.

Daneshy, A.A., 1974. Hydraulic Fracture Propagation in the Presence of Planes of Weakness, Soc. Petroleum Engineers Presented at the SPE European Spring Meeting, 29-30 May, Amsterdam, the Netherlands.

Guo, F., Morgenstem, N. R.,  Scott,  J. D., 2005. An experimental investigation into hydraulic fracture propagation” Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. Abstr., 30(3): 177-188. 

Hubbert, M. K., and Willis, D.G., 1957. Mechanics of hydraulic fracturing Petr. Trans. AIME, 210:153–163.

Zhang, G., and Chen, M., 2010. Dynamic fracture propagation in hydraulic re-frecturing, Journal of Petroleum Science and Engineering, 70:, 266-272.

Zhou, J., Chen, M., Jin, Y.,  Zhang, G.-q., 2007. Experimental study of propagation mechanism of hydraulic fracture in naturally fractured reservoir, Acta Petrolei Sinica,  28(5): 109-113.