به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « Hydraulic Fracturing » در نشریات گروه « مهندسی معدن »

تکرار جستجوی کلیدواژه «Hydraulic Fracturing» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»
  • شکیب مراسلی، عباس هاشمی زاده*، فرهود نوائی

    باتوجه به گسترش صنعت نفت و گاز، نیاز روزافزون کشورهای صنعتی به سوخت های فسیلی و وابستگی اقتصادی برخی کشورها به این صنعت، بهره برداری از منابع هیدروکربنی روزبه روز در حال افزایش است. استخراج های بی رویه و ترس از کاهش این منابع، سمت وسوی صنعت را به استفاده از منابع جایگزین یعنی مخازن غیرمتعارف گازی هدایت می کند اما بهره برداری از این مخازن با چالش هایی ازنظر حفاری و تولید به واسطه تراوایی پایین روبه رو است. ژیومکانیک دانشی مشترک میان رشته های مهندسی مخزن و زمین شناسی است که تولید و تزریق پیوسته ی نفت و گاز، آن را به بخش مهمی از مطالعات مهندسی مخزن تبدیل می کند. ارزیابی ویژگی های ژیومکانیکی به منظور شناسایی چالش ها در مخازن غیرمتعارف هیدروکربنی و طراحی بهینه عملیات شکاف هیدرولیکی برای افزایش ضریب بازیابی از این مخازن، به عنوان مهم ترین انگیزه در راستای مطالعات در زمینه دانش ژیومکانیک است که در این مطالعه به آن پرداخته شده است. ازآنجاکه ژیومکانیک کلید عملیات شکاف هیدرولیکی برای دستیابی به تولید بهینه از مخازن گازی غیرمتعارف شمرده می شود، بررسی جنبه های ژیومکانیکی یکی از مهم ترین گام ها برای هموار ساختن راه بهره برداری از این مخازن تلقی می شود. پژوهش حاضر به بررسی جامع و نظام مند جنبه های ژیومکانیکی این مخازن مانند مخازن گاز شیل، ماسه ای متراکم گازی، هیدرات گازی و تزریقی دی اکسید کربن پرداخته و چالش های حفاری و شکاف هیدرولیکی آن ها ازجمله مچاله شدن لوله جداری و آستری را از دیدگاه ژیومکانیکی موردبحث و بررسی قرار داده و همچنین مطالعات موردی در بررسی ژیومکانیکی میدان های گازی مارسلوس، لانگ مکسی، روزنیت، مورتری و مونتنی در کشورهای آمریکا، چین، استرالیا و کانادا موردتوجه قرارگرفته است که نتایج آن در تخمین پارامترهای استاتیک و دینامیک و نیز طراحی شکاف هیدرولیکی مخازن گازی شیلی حایز اهمیت است. نتایج مطالعات نشان می دهد که در این مخازن؛ برخلاف مخازن متعارف، دمای سیال حفاری نقش مهم تری را نسبت به چگالی آن در پایداری دیواره چاه ایفا می کند و منجر به تغییر در ویژگی های فیزیکی و کاهش استحکام آن می شود. همچنین می توان با استفاده از پیش بینی نسبت پواسون و تنش های اعمالی، ناحیه هایی با خطر مچالگی لوله جداری را شناسایی نمود و از سوی دیگر در طراحی فرآیند سیمان کاری، هر چه میزان گستره فضای خالی در غلاف سیمان کمتر باشد لوله آستری یکپارچگی خود را بهتر حفظ می کند. از سوی دیگر بررسی ها بیانگر این نکته هستند که نسبت پواسون و مدول یانگ تاثیر بسزایی بر شاخص شکنندگی شیل ها و به دنبال آن شاخص شکاف پذیری در راستای انتخاب مناسب ترین سازند برای عملیات شکاف هیدرولیکی دارند. مطابق بررسی های صورت گرفته سازندی با شاخص شکاف پذیری برابر با 1 مناسب ترین سازند برای این عملیات محسوب می شود.

    کلید واژگان: ژئومکانیک, مخازن غیرمتعارف گازی, سیال حفاری, شکاف هیدرولیکی, مچالگی لوله جداری}
    Shakib Moraseli, Abbas Hashemizadeh *, Farhood Navaie
    Introduction

    Considering the extent of unconventional gas reservoirs and the exigency of optimal production from these resources, the design of hydraulic fracturing operation according to the geomechanical aspects is the most important step in the exploitation of these resources. Oil and gas sources differ from each other in many aspects, such as the shape of source and reservoir rocks, mechanisms of formation, penetration, distribution and occurrence. Unconventional reservoirs are resources that cannot be exploited economically with conventional resource extraction methods.

    Methodology and Approaches:

    Before drilling, the reservoir is in equilibrium, and no special stress causes the reservoir to collapse, but after the drilling operation, stresses are applied to the reservoir as induced stresses, which cause the loss of balance and instability in the wellbore. In this regard, the greater the distance from the center of the well, the stresses will decrease. Knowing the direction of minimum and maximum horizontal stresses helps engineers to predict the possibility of casing collapse.

    Results and Conclusions

    Due to the low permeability of the unconventional gas reservoirs to achieve optimal production from these sources, geomechanical parameters are of particular importance. To increase production from these sources, one of the most widely used operations worldwide is a hydraulic fracture. One of the important components in studying the propagation of hydraulic fissures is the difference in horizontal stresses. According to what has been obtained based on geomechanical studies in Roseneath and Murteree formations, for reservoir rocks with low horizontal stress such as sandstone reservoirs, the fracture pressure of the formation is much lower. However, the shale reservoir with more horizontal stress has more failure pressure and the fracture in these reservoirs has less expansion. On the other hand, studies in the Montney Formation indicate that Poisson's ratio and Young's modulus affect the characteristics of shales such as their fragility. In this regard, a formation with a lower Young's modulus is more difficult to fracture and is not considered a suitable option for hydraulic fracturing operations.

    Keywords: Geomechanic, Unconventional gas reservoirs, Drilling fluid, Hydraulic Fracturing, Casing collapse}
  • ابوالفضل هفت آبادی، شکرالله زارع*

    شکست هیدرولیکی به عنوان یکی از مهم ترین تکنیک های تحریک مخزن دارای پیچیدگی های خاصی است. ازآنجاکه این عملیات بسیار هزینه بر و حساس است، انجام آن نیازمند یک طراحی دقیق بوده و لازمه طراحی عملیات، آگاهی از میزان رشد شکاف در نرخ های تزریق مختلف و پارامترهای هندسی شکاف در شرایط متفاوت است؛ بنابراین مدل سازی سه بعدی تنها راه به دست آوردن این مجهولات با بالاترین دقت است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس و بر پایه روش ناحیه چسبناک، یک مدل سه بعدی غیرخطی کوپله سیال- جامد ایجاد شده است. این عملیات در یک چاه قایم به وسیله این مدل شبیه سازی شده است. در ساخت این مدل از گزارش های فنی و نیز تست های آزمایشگاهی و برجای انجام شده، در مخزن و چاه مدنظر استفاده شد. از ویژگی های این مدل سازی می توان به مقیاس میدانی آن اشاره کرد. پس از تزریق سیال هندسه شکستگی تحت نرخ ها و ویسکوزیته های مختلف سیال تزریق شده موردمطالعه قرار گرفت. با توجه به نتایج به دست آمده با افزایش مدت تزریق و همچنین نرخ پمپاژ طول شکستگی افزایش می یابد و حداکثر طول ایجاد شده برای سیال با ویسکوزیته یک سانتی پواز در زمان تزریق 5 دقیقه با نرخ 35 بشکه در دقیقه یا در زمان تزریق 18 دقیقه و با نرخ 10 بشکه در دقیقه حدود 22 متر است. درحالی که حداکثر ارتفاع شکستگی حدود 70 متر است. به علت اختلاف کم تنش برجای شکست هیدرولیکی بیشتر تمایل به رشد ارتفاعی دارد. همچنین حداکثر بازشدگی شکستگی حدود 9 میلی متر است. افزایش ویسکوزیته سیال موجب افزایش بازشدگی و تا حدودی باعث بیشتر شدن طول شکستگی می شود. درنهایت هندسه شکاف پس از شروع و گسترش شکاف تحت نرخ ها و ویسکوزیته های مختلف سیال شکاف موردمطالعه قرار گرفت.

    کلید واژگان: شکست هیدرولیکی, مدل سازی سهبعدی, روش ناحیه چسبناک, نرخ تزریق سیال, ویسکوزیته سیال}
    Abolfazl Haftabadi, Shokrollah Zare *
    Summary

    According to the results, as the injection duration and the pumping rate increase, the fracture length increases and the maximum length created is about 22 meters by applying a fluid with a viscosity of one centipoise during 5 minutes injection time and the rate of 35 barrels per minute or similarly by the same fluid with 18 minutes injection time and the rate of 10 barrels per minute. 

    Introduction

    Hydraulic fracturing if properly implemented can be one of the least costly ways to increase the maximum production of the reservoir. Due to the complexity of the hydraulic fracturing process, various modeling has been performed to find the closest predictions of the actual fracture characteristics. Linear elastic fracture mechanics (LEFM), adhesion zone method, and plastic criteria can be used to evaluate the fracture onset time and its expansion in rock. 

    Methodology and Approaches

    To investigate the effect of injection duration on fracture growth, fluid was injected into the well with a viscosity of 1 cp and an injection rate of 0- 10 barrels per minute for periods of 5, 8, 10, 12, 15, and 18 minutes. This injection is made by drilling a well in the middle part of the reservoir. In the first 5 seconds, the injection rate increases linearly from zero to 0.07 barrels per minute and remains constant until the end of injection time. This distribution of injection rate over time is chosen to avoid sudden pressure. As the injection begins, the fluid pressure within the fracture increases, and as the fracture pressure is reached, fracture occurs. 

    Results and Conclusions

    The purpose of designing hydraulic fracturing operations is to make some predictions to optimize these operations. There are five important factors to design for a hydraulic fracture: the length, height, and fracture opening that the propane holds, the fracture initiation pressure, and the fracture orientation. Four of these critical parameters are derived from hydraulic fracture modeling, so modeling provides 80% of the required solutions.The main input parameters for modeling hydraulic fractures are surface stresses, pore pressure, Young's modulus, Poisson's coefficient, porosity, permeability, angle of friction, and rock adhesion, and parameters related to rock fracture mechanics such as fracture energy, toughness, and components. As the injection duration and pumping rate increase, the fracture length increases, and the maximum length created for a fluid with a viscosity of one centipede at an injection of 5 min at 35 barrels per minute or 18 min at 10 barrels, is about 3 meters high while its maximum height is about 70 meters. Also, the maximum fracture opening in its opening is about 1 mm. Fluid viscosity affects the fracture width more than its length and also increases with the fracture width viscosity.

    Keywords: Hydraulic Fracturing, 3D modeling, Cohesive Zone Method (CZM), Fluid Injection Rate, Fluid Viscosity}
  • محمدمهدی گلابی، سید احمد لاجوردی*، صادق کریم پولی

    با توجه به اهمیت بالای شکست هیدرولیکی در صنایع نفت و گاز جهت تحریک و افزایش ظرفیت مخازن نفتی، تحلیل رشد ترک در این محیط ها طی این فرآیند، بسیار حایز اهمیت می باشد. با وجود آن که مقدار تخلخل در این مخازن ممکن است پایین باشد، اما این تخلخل ها و ترک ها حتی در مقیاس میکرو به عنوان نقاط ضعف و ناپیوستگی های محیط به شمار آمده و عامل تعیین کننده ای در تعداد و مسیر ترک ها هستند. در مقاله حاضر، با استفاده از علم مکانیک شکست الاستیک خطی، نحوه ایجاد، رشد و گسترش ترک در نمونه های متخلخل در اثر فشار سیال، به روش اجزای محدود توسعه یافته (XFEM) توسط نرم-افزار اجزای محدود آباکوس، بر اساس معیار حداکثر تنش اصلی و معیار مستقل از حالت شکست، مدل سازی و تحلیل شده است. جهت صحت سنجی روش ارایه شده، نتایج مدل سازی عددی با نتایج تحلیلی موجود به روش KGD مقایسه شده و با خطای 04/0% در حداکثر اندازه دهانه ترک و 87/4% در حداکثر طول ترک، تطابق قابل قبولی حاصل شد. صحت نتایج نشان داد که استفاده از المان های فنر تحت عنوان تکیه گاه الاستیک جهت شبیه سازی خواص الاستیک محیط پیرامونی مدل، می تواند مفید و موثر باشد. فرآیند مدل سازی شکست هیدرولیکی روی تصاویر میکرو سی تی -اسکن سه نمونه واقعی ماسه سنگ انجام و مسیر و نحوه رشد ترک تحلیل و بررسی شده است. همچنین میزان انرژی جذب شده در واحد طول در هر نمونه محاسبه و شکل نهایی گسترش ترک با افزایش فشار تزریق ارایه شده است. در ادامه، با محاسبه درصد فضای خالی قبل و بعد از شکست در هر نمونه، شکست مطلق و نسبی در هر مورد محاسبه و نتایج با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که در اثر فشرده شدن و کاهش تخلخل در نمونه ها، انرژی جذب شده در واحد طول کاهش یافته و سطح کمتری از نمونه تحت تاثیر شکست هیدرولیکی قرار می گیرد.

    کلید واژگان: رشد ترک, روش المان محدود توسعه یافته, محیط متخلخل, مدل سازی عددی, شکست هیدرولیکی}
    Mohammad Mehdi Golabi, Seyed Ahmad Lajevardi *, Sadegh Karimpouli

    Given the high importance of hydraulic failure in the oil and gas industry in order to stimulate and increase the capacity of oil reservoirs, the analysis of crack propagation in these environments during this process is very important. Although the amount of porosity in such reservoirs may be low, but these porosities and cracks, are considered as weaknesses and discontinuities of the environment and a determining factor in the number and propagation path of the cracks. In the present paper, using the linear elastic fracture mechanics, initiation, propagation and spread of cracks in porous samples are modeled by the finite element method (XFEM) developed in Abacus software, based on the criterion of the maximum principle stress and the criterion of independent of the failure. In order to validate the proposed method,, the results were compared with the KGD method and with an error of 0.04% in the maximum crack opening size and 4.87% in the maximum crack length, an acceptable agreement was obtained. The results showed that the use of spring elements as elastic support to simulate the elastic properties of the environment can be useful and effective. The hydraulic fracture modeling process is performed on microscopy-CT scan images of three real sandstone samples and the crack growth path is analyzed. Also, the amount of energy absorbed per unit length in each sample is calculated and the final path of crack propagation with increasing injection pressure is presented. Then, by calculating the percentage of empty space before and after failure in each sample, absolute and relative failures in each case are calculated and the results are compared with each other. The results show that due to compression and reduction of porosity, the absorbed energy per unit length decreases and a lower level of the sample is affected by hydraulic failure.

    Keywords: Crack propagation, XFEM, Porous media, Numerical Modeling, hydraulic fracturing}
  • M. Shahverdiloo *, Sh. Zare

    Hydraulic fracturing (HF) and hydraulic testing of pre-existing fractures (HTPF) are efficient hydraulic methods in order to determine the in-situ stress of rock mass. Generally, the minimum (Sh) and maximum (SH) horizontal principal stresses are measured by hydraulic methods; the vertical stress (SV) is calculated by the weight of the overburden layers. In this work, 37 HF and HTPF tests are conducted in a meta-sandstone, which has about 10% inter-layer phyllite. The artesian circumstance, considerable gap between the drilling and hydraulic tests in the long borehole, no underground access tunnel to rock cavern at the early stages of projects, and a simplified hypothesis theory of HF are the main challenges and limitations of the HF/HTPF measurements. Due to the instability in the long borehole, the drill rig type and borehole length are revised; also TV logger is added to the process of selection of the test’s deep. The HF/HTPF data is sequentially analyzed by the classic and inversion methods in order to achieve an optimum number of hydraulic tests. Besides, The SH magnitude in the inversion method is lower than the classic method; the relevant geological data and the faulting plan analysis lead to validate the SH and Sh magnitudes and the azimuths obtained by the classic method. The measured SH and Sh magnitudes are 7-17 MPa and 4-11 MPa, respectively; the calculated vertical stress magnitude is 6-14 MPa at the test locations. Indeed, the stress state is (SH > SV > Sh), and SH azimuth range is 56-93 degrees.

    Keywords: Stress Measurement, Stress State, Hydraulic Fracturing, HTPF, Heterogeneity}
  • ابوالفضل هفت آبادی، شکرالله زارع*، حمید سلطانیان، یاسر پورمظاهری

    شکست هیدرولیکی مبتنی بر استفاده از سیال پایه آبی گوارگام با ویسکوزیته مناسب، به دلیل مزایای منحصر به فرد آن مانند هزینه های ارزان و ظرفیت حمل پروپانت، به عنوان یک راه حل مناسب برای استخراج نفت و گاز طبیعی از مخازن شناخته شده است. با این وجود، عدم آگاهی از شکستگی های این مخازن، استفاده از آن را در شرایط عملیاتی به چالش کشیده است. بنابراین، هدف از این مطالعه بررسی تاثیر نرخ تزریق سیال در فشار شکست و هندسه شکستگی های ایجاد شده است. برای دست یابی به این اهداف، یک سری آزمایش شکست هیدرولیکی بر روی نمونه سنگ های آهکی، با استفاده از سیال پایه آبی گوارگام انجام شد. به منظور بررسی تاثیر نرخ تزرق سیال، فناوری سی تی اسکن نیز برای توصیف پارامترهای هندسی شکستگی به کار گرفته شد. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که با افزایش نرخ جریان سیال تزریق شده از 1 به 6 میلی لیتر در دقیقه، فشار شکست و بازشدگی شکستگی افزایش می یابد. با افزایش حجم سیال مصرفی، زمان شکست کاهش پیدا می کند. یافته های این مطالعه نشان می دهد که نرخ جریان پایین گوارگام می تواند یک شبکه شکستگی به هم پیوسته بهتری نسبت به نرخ جریان بالاتر ایجاد کند.

    کلید واژگان: شکست هیدرولیکی, سیال گوارگام, فشار شکست, نرخ تزریق, سی تی اسکن}
    Abolfazl Haftabadi, Sh. Zare *, Hamid Soltanian, Yaser Pourmazaheri

    Hydraulic fracturing based on the use of guar gum water-base fluid with appropriate viscosity has been recognized as a viable solution for extracting oil and natural gas from the reservoir due to its unique benefits such as low cost and proppant carrying capacity. However, the lack of knowledge of reservoirs fractures has challenged field applications. Therefore, the purpose of this study was to investigate the effect of fluid injection rate on fracture pressure and geometry of fractures. To achieve this goal, a series of hydraulic fracturing experiments were performed on limestone rock samples using a guar gum water- base fluid. To investigate the effect of fluid injection rate, CT scan technology was also used to describe the geometric parameters of the fracture. The results of experiments show that with increasing fluid flow rate injected from 1 to 6 ml/min, breakdown pressure and fracture opening increase. As the volume of consumed fluid increases the breakdown time decreases. The findings of this study reveal that low guar gum-flow rates can create a better inter- connected fracture network than higher flow rates.

    Keywords: hydraulic fracturing, guar gum fluid, breakdown pressure, injection rate, CT scaning}
  • سجاد چهره قانی*، حسین آزاد سولا، بهنام صدایی سولا، محمد فاروق حسینی
    فرایند شکست هیدرولیکی یکی از روش های متداول برای افزایش بهره وری چاه های نفتی است. در این روش، اعمال فشار هیدرولیکی در نقطه ی مشخصی از چاه، باعث ایجاد شکستگی هایی در مخازن شده و تراوایی آن افزوده می شود. در این تحقیق، روش شکست هیدرولیکی بر پایه مفاهیم روش المان محدود شبیه سازی شده است. بدین منظور با استفاده از نرم افزار ABAQUS شرایط معمول عملیات شکست هیدرولیکی در یک مخزن نفتی شبیه سازی شده و از تیوری مدل ترک چسبنده با قانون کشش- جدایش المان محدود توسعه یافته برای ایجاد و گسترش شکاف در درون مدل سه بعدی المان محدود استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که فشار شکست سازند با مقدار تحلیلی آن تطابق خوبی دارد. نمودار نرخ نشت سیال سه مرحله زمانی مختلف را نشان می دهد که دو مرحله اول، بیان کننده جهش در هدرروی سیال و مرحله سوم نیز هدرروی دینامیکی را نشان می دهد. تغییرات فشار سیال در راستای شکاف روند کاهشی را از خود نشان داد به طوریکه در یک ناحیه میزان فشار سیال از فشار منفذی اولیه مخزن کمتر است که ناشی از پدیده تاخیر سیال در نوک شکستگی می باشد. در نهایت نیز تحلیل حساسیتی بر روی تعدادی از پارامترهای موثر بر روی فشار شروع شکست انجام شد که با افزایش همه پارامترها به جز نسبت پواسون، فشار شروع شکست نیز بیشتر شد. همچنین با محاسبه تابع حساسیت و فاکتور حساسیت برای هر یک از پارامترها مشخص شد که مدول یانگ بیشترین و ضریب نرخ نشت سیال کمترین تاثیر را بر روی فشار شروع شکست دارد.
    کلید واژگان: شکست هیدرولیکی, مدل ترک چسبنده, قانون کشش- جدایش, تحلیل حساسیت}
    Sajjad Chehreghani *, Hossein Azad Sola, Behnam Sedaee Sola, Mohammad Farouqh Hosseini
    Hydraulic fracturing defined as a process in which a hydraulic loading caused by fluid injection in a part of wells result fracture propagation in the rock. The main purpose of this research is simulation of hydraulic fracturing based on the concepts of Finite Element Method (FEM) and parameters affecting it. For this goal, ABAQUS software has been used to examine hydraulic fracture initiation pressure in a simulated petroleum reservoir in which the cohesive elements theory with traction-separation law existed. To do so, a cohesive crack model has been introduced, govern equations has been discussed and then the way of building a poroelastic three-dimensional model with cohesive elements is described. The results show that the fracture pressure obtained from FEM model is in agreement with the analytical values. Fluid leak- off rate diagram shows three different time steps that the first two steps represent the expression of leak- off jump and third stage shows dynamic leak- off. Fluid pressure changes along the fracture shows a decreasing trend as the fluid pressure is lower than the initial pore pressure due to the phenomenon of fluid-lag at the fracture tip. Finally, a sensitivity analysis was conducted on a number of parameters on the fracture initiation pressure and results show increasing in all parameters except for Poisson's ratio, led to an increase in fracture initiation pressure. Also, the sensitivity function calculations for each of the parameters show that Young's modulus and leak-off coefficient have the highest and lowest effect on fracture initiation pressure, respectively.
    Keywords: Hydraulic fracturing, Cohesive Crack Model, Traction-Separation Law, Sensitivity analysis}
  • محمد داربر، هادی شاکری*، لهراسب فرامرزی

    شکست هیدرولیکی یکی از مهم ترین روش های تحریک مخازن نفت و گاز است که برای افزایش جریان سیال از مخازن با تراوایی پایین به سمت چاه استفاده می شود. عوامل مختلفی، همچون تنش های برجا، شکستگی های طبیعی سازند، رئولوژی سیال، خواص مکانیکی سازند، شدت جریان سیال تزریقی و مشبک کاری بر روی فشار شکست و چگونگی عملیات تاثیرگذار هستند. در این مطالعه، برای بررسی آزمایشگاهی شکست هیدرولیکی با در نظر گرفتن شرایط مخزن، دستگاه سه محوره ای با قابلیت اعمال تنش های اصلی، طراحی و ساخته شد. برای این منظور، تعداد 38 نمونه مصنوعی با اندازه 10 10 10 سانتی متر ساخته شد. سپس تاثیر پارامترهای مختلف مشبک کاری، همچون هندسه مشبک (شامل طول، قطر و شکل)، فاز مشبک کاری (در دو حالت چاه عمودی و افقی) و تنش افقی کمینه، مطالعه و بررسی شد. با رسم نمودار فشار- زمان، نحوه گسترش ریز ترک ها و شکستگی های متقاطع ارزیابی شد. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه مشبک نسبت به تنش افقی بیشینه در چاه قائم، کاهش زاویه مشبک نسبت به تنش افقی بیشینه در چاه افقی و همچنین، افزایش تنش افقی کمینه، فشار شکست افزایش می یابد.

    کلید واژگان: شکست هیدرولیکی, میدان تنش های برجا, هندسه مشبک, فاز مشبک, فشار شکست}
    Mohammad Darbor, Hadi Shakeri *, Lohrasb Faramarzi
    Summary

    Hydraulic fracturing is one of the most important methods for the propagation of oil and gas reservoirs, which is used to increase the inflow to well bore in low permeability formations. Various parameters such as in-situ stress field, joints and natural fractures of the formation, the fluid rheology, the mechanical properties of the formation, injection fluid flow and perforation affect the hydraulic fracturing pressure. In this research, a triaxial machine was designed and built for experimental investigation of the hydraulic fracturing in conditions close to the field conditions, so that all three of the main stresses in field conditions are applied in laboratory tests. Then, the influence of different perforation parameters such as perforation geometry (including length, diameter and shape), phase of perforation (in both vertical and horizontal wells) and minimum horizontal stress in the presence of perforation, using 38 artificial specimens (plaster + sand) with dimensions of 10×10×10 cm, was considered on the geometry and breakdown pressure, pressure-time diagram, and the development of micro-cracks. The results showed that increasing the perforation diameter, changing the perforation angle to the maximum horizontal stress and increasing the minimum horizontal stress in the case of reverse fault, rises the breakdown pressure. 

    Introduction

    Hydraulic fracturing is a stimulation technique used in oil and gas wells to increase the inflow to well bore in low permeability formations. Various parameters such as in-situ stress field, joints and natural fractures of the formation, the fluid rheology, the mechanical properties of the formation, injection fluid flow and perforation affect the hydraulic fracturing pressure. Currently, more than half of the USA oil and gas wells are not able to produce without the use of hydraulic fracturing technology. Many researchers have studied hydraulic fracturing behavior of rocks since decades ago. The researches have showed that hydraulic fracturing operations increase the production of oil wells by up to 30 percent and increase gas wells by 90 percent. 

    Methodology and Approaches

    In this research, a triaxial machine was designed and built for the experimental study of hydraulic fracturing and to apply in-situ stresses with different values. This machine has the ability to apply anisotropic stresses in laboratory scale. Abaqus software was utilized to design the machine in terms of stability against the applied stresses. Then, using physical modeling, 38 samples with dimensions of 10×10×10 cm including plaster and sand were constructed and the influence of different perforation parameters such as perforation geometry (including length, diameter and shape), phase of perforation (in both vertical and horizontal wells) and minimum horizontal stress in the presence of perforation on hydraulic fracturing operations were investigated. Finally, the breakdown pressure, hydraulic fracturing geometry, pressure-time diagram and the development of micro-cracks were studied. 

    Results and Conclusions

    The results of this study showed that increasing the perforation diameter, changing the perforation angle to the maximum horizontal stress and increasing the minimum horizontal stress in the case of reverse fault, rises the breakdown pressure. Also, the increase of the perforation length and its geometry have not significant effect on the breakdown pressure. Additionally, the change in the perforation angle and the minimum horizontal stress relative to the change in the perforation geometry, including length, diameter, and shape, have more effect on the breakdown pressure and changing the perforation angle relative to changing the in-situ stress in the horizontal well bore is more effective on the breakdown pressure.

    Keywords: Hydraulic Fracturing, In-situ Stresses, Perforation Geometry, Perforation Phase Angle, Breakdown Pressure}
  • مهدی حسینی*، پارمیدا افتخاری، پرستو شهریزاد
    در صنعت نفت برای افزایش شاخص تولید و بازیافت از چاه هایی که به علت برداشت طولانی مدت، بازده آن کاهش یافته است یا سنگ های اطراف چاه میزان نفوذپذیری کمی دارند از شکست هیدرولیکی استفاده می شود و چون عملیات شکست هیدرولیکی پرهزینه است، به دست آوردن فشار لازم برای شکست هیدرولیکی و تعیین پمپ مناسب برای این عملیات، برای مجریان پروژه اهمیت به سزایی دارد. در این تحقیق از نمونه های ماسه سنگ منطقه لوشان برای مطالعه استفاده شد و تاثیر تنش حرارتی روی فشار شکست هیدرولیکی ماسه سنگ مورد بررسی قرار گرفت. برای مدلسازی آزمایشگاهی شکست هیدرولیکی بر روی سلول سه محوری هوک تغییراتی داده شده استتا برای مدلسازی شکست هیدرولیکی مناسب سازی شود. نمونه های مورد مطالعه به شکل استوانه ای توخالی جدار ضخیم، دارای قطر خارجی 7/54، قطر داخلی 12 و ارتفاع 108 میلی مترند. برای بررسی اثر تنش حرارتی، آزمایش ها بر روی نمونه هایی که ابتدا تا دمای 100 درجه سانتی گراد در کوره گرم شده و سپس در آب 5، 10 و 15 درجه سانتی گراد سرد شده اند، انجام شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با کاهش دمای سرد کردن نمونه ها، فشار شکست هیدرولیکی کاهش می یابد.در عملیات شکست هیدرولیکی این کاهش فشار شکست باعث می شود که پمپی با ظرفیت تولید فشار کمتری خریداری شود و در نتیجه هزینه های عملیات کاهش یابد. تغییرات فشار شکست هیدرولیکی در اثر تنش حرارتی با تغییرات سرعت امواج طولی، وزن مخصوص خشک، مقاومت تراکم تک محوری و نفوذپذیری تطابق دارد. از تصاویر سی تی اسکن نیز برای بررسی تغییرات میکرو ترک ها استفاده شده است، مقدار سی تی از 1654 هانسفیلد به 1614 هانسفیلد کاهش پیدا کرد. مقدار سی تی محاسبه شده از این تصاویر نیز تغییرات فشار شکست هیدرولیکی را تایید می کند.
    کلید واژگان: ماسه سنگ, تنش حرارتی, شکست هیدرولیکی}
    M. Hosseini *, P. Eftekhari, P. Shahrizad
    Hydraulic fracturing is used in the oil industry in order to increase the index of production and processing in wells whose efficiencies have been dropped due to long-term harvest or the rocks around the well are low permeable. Since the hydraulic fracturing operation is costly, it is of special importance to determine the pressure required for hydraulic fracturing and the suitable pump for this operation to the project managers. In this research, sandstone specimens of Lushan area were used and investigated the effect of thermal stress on hydraulic fracturing pressure of sandstone. The Hoek triaxial cell was adapted for a laboratory modelling of hydraulic fracturing. The specimens under study are in the shape of thick-walled hollow cylinders with an external diameter of 54.7 mm, an internal diameter of 12 mm, and a height of 108 mm. To study the effect of thermal stress, the tests were conducted on the specimens that heated up to 100 °C in the furnace at heating process and then cooled in water 5, 10 and 15 °C. Results indicated that hydraulic fracturing pressure reduced with decreasing Cooling temperature of samples. In hydraulic fracturing operations, this decreasing fracture pressure causes the pump to be purchased at a lower pressure production capacity, resulting in lower operating costs. Hydraulic fracturing pressure changes in the effect of thermal stress were consistent with the variations of velocity of longitudinal waves, dry unit weight, uniaxial compressive strength and permeability. CT scan images were used to examine micro cracks changes in the effect of thermal stress and the CT value calculated by the images confirms hydraulic fracturing pressure variations.
    Keywords: Sandstone, thermal stress, Hydraulic fracturing}
  • مهدی آریا، مهدی حسینی*
    با توجه به نیاز روزافزون کشور به نرخ تولید بیشتر از چاه های نفتی و بازدهی بیشتر مخازن نفت، فعال سازی مجدد چاه های نفت در ایران امری ضروری به نظر می رسد. تولید نفت باگذشت زمان، به دلیل کاهش فشار مخزن و بسته شدن ترک ها و منافذ میکروسکوپی موجود در سنگ مخزن کاهش می یابد. شکست هیدرولیکی به عنوان روشی برای تحریک مخازن نفتی به عوامل مختلفی ازجمله خصوصیات محیطی که شکستگی در آن رشد می کند، بستگی دارد. خصوصیات مکانیکی لایه ها به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای تاثیرگذار بر روند گسترش شکست هیدرولیکی و هندسه ی آن شناخته می شوند. 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 نرم افزار ABAQUS مدل سازی های عددی در 10 حالت مختلف انجام شده 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 داده های چاه می باشند شامل مدول الاستیسیته، تنش افقی حداقل و حداکثر، تنش قائم، مقاومت کششی، نسبت پواسون و فشار منفذی می باشند. اطلاعات موردنیاز از چاه های حفرشده در سنگ های کربناته ی ایران گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که تنش افقی حداقل بیشترین تاثیر را بر روی فشار شکست دارد و پارامتر هایی مثل تنش قائم و مدول یانگ در تعیین فشار شکست بی تاثیر هستند.
    کلید واژگان: شکست هیدرولیکی, تحلیل حساسیت, مدلسازی عددی, نرم افزار ABAQUS}
    Mehdi Aria, Mehdi Hosseini *
    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.
    Keywords: Hydraulic fracturing, Sensitivity analysis, Numerical modeling, ABAQUS software}
  • مهدی آری، مهدی حسینی*، افشین فلاح
    با توجه به نیاز روزافزون کشور به نرخ تولید بیشتر از چاه های نفتی و بازدهی بیشتر مخازن نفت، فعال سازی مجدد چاه های نفت در ایران امری ضروری به نظر می رسد. تولید نفت با گذشت زمان، به دلیل کاهش فشار مخزن و بسته شدن ترک ها و منافذ میکروسکوپی موجود در سنگ مخزن کاهش می یابد. شکست هیدرولیکی به عنوان روشی برای تحریک مخازن نفتی به عوامل مختلفی از جمله ویژگی های محیطی که شکستگی در آن رشد می کند، بستگی دارد. ویژگی های مکانیکی لایه ها به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای تاثیرگذار بر روند پیشروی شکست هیدرولیکی و هندسه آن شناخته شده اند. در این تحقیق سنگ اولیه به صورت بکر و بدون ترک فرض شده و تاثیر تغییرات پارامترهای مختلف در 21 حالت بر فشار شکست هیدرولیکی با استفاده از نرم افزار آباکوس مدلسازی و تحلیل حساسیت شده است. پارامترهای ورودی که تاثیر آن ها بر فشار شکست هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفته شامل مدول الاستیسیته، تنش افقی حداقل و حداکثر، تنش قائم، مقاومت کششی، نسبت پواسون و فشار منفذی است. اطلاعات مورد نیاز از چاه های حفرشده در سنگ های کربناته ایران گرفته شده است. در نهایت با استفاده از نرم افزار SPSS و تحلیل آماری رگرسیون چند متغیره، تخمین فشار شکست هیدرولیکی به عنوان تابعی از تنش افقی حداقل، اختلاف تنش های افقی حداقل و حداکثر، فشار منفذی و مقاومت کششی ارایه شده است. نتایج تحلیل های آماری نشان دهنده دقت بسیار بالای خط رگرسیونی برازش شده و در واقع رابطه ارایه شده است. در این رابطه به ترتیب پارامترهای تنش افقی حداقل، اختلاف تنش های افقی حداقل و حداکثر، فشار منفذی و مقاومت کششی بیشترین تاثیر را بر فشار شکست هیدرولیکی نشان دادند. به کمک رابطه ارایه شده در این تحقیق، می توان فشار شروع شکست هیدرولیکی در سنگ های کربناته با ویژگی های متفاوت را به دست آورد. به دست آوردن این فشار به تعیین پمپ مناسب کمک می کند و باعث پایین آمدن هزینه های عملیاتی می شود.
    کلید واژگان: شکست هیدرولیکی, سنگ های کربناته, مدلسازی عددی, رگرسیون چند متغیره, تحلیل آماری}
    M. Aria, M. Hosseini *, A. Fallah
    Due to the increasing demand for more production rates and output from oil reservoirs, the re-activation of oil wells in Iran is a vital task. Oil production reduces overtime because of a decrease in reservoir's pressure and also as a results of the closure of cracks and microscopic holes. Hydraulic fracture, as a method for stimulating oil reservoirs related to various factors, including characteristics of the environment in which the fracture grows. Mechanical properties of layers has been recognized as one of the most effective parameters on the progress of hydraulic fracture and its geometry. In this study, the primary rock was considered as non-cracked. In this research, numerical modeling was done by ABAQUS software in 21 different cases for which the effect of each input parameters on the hydraulic fracture pressure was investigated by performing sensitivity analysis. The input parameters were well's data and included Young's modulus, minimum and maximum horizontal stress, vertical stress, tensile strength, Poisson''s ratio and pore pressure. The required data is obtained from the excavated wells in carbonate rocks in Iran. The results showed minimum horizontal stress has the highest impact on the hydraulic fracture pressure. Finally, using SPSS software and by performing multivariate regression analysis, a formula was made using the numerical modeling data to estimate the hydraulic fracture pressure. The results of statistical analysis corroborate the precision of regression line and consequently the suggested formula. In this formula, the parameters such as minimum horizontal stress, the difference between minimum and maximum horizontal stresses, pore pressure and tensile strength, have the most effect on the hydraulic fracture pressure respectively. Using the presented formula in this study, the hydraulic fracture pressure in carbonate wells with different properties could be obtained. Gaining this pressure will help to determine the proper pump and case to reduce operating costs.
    Keywords: Hydraulic fracturing, Minimum horizontal stress, Numerical modeling, Multivariate regression, Statistical analysis}
  • A. Akrami, M. Hosseini *, H. Sodeifi
    Hydraulic fracturing is used in the oil industry in order to increase the index of production and processing in the wells whose efficiencies have been dropped due to a long-term harvest or the rocks around the wells are of low permeability. Since the hydraulic fracturing operation is costly, it is of special importance to the project managers to determine the pressure required for hydraulic fracturing and the suitable pump for this operation. The numerical modelings used in this work are aimed to investigate the fracture pressure in the carbonate rocks of Bangestan reservoir in Ahvaz, Iran, and to determine a relationship between the pressure required for fracturing and the confining pressure. In this work, unlike the other ones in this field, the developed numerical models had no initial crack or fracture, and the path of the crack and how the crack grows were studied without any pre-determination and presumption. The results obtained show that, in most cases, the crack starts from the central part of the sample, and is extended to its two ends. The crack extension direction was along the borehole axis inside the sample and perpendicular to the lateral stress. The numerical modeling results were well-consistent with the experimental ones, indicating that the pump capacity constraints in the laboratory could be overcome through numerical modelings.
    Keywords: Hydraulic Fracturing, Numerical Modeling, fracture pressure, eXtended Finite Element Method}
  • A. Abdollahipour*, M. Fatehi Marji, A. R. Yarahmadi Bafghi, J. Gholamnejad
    Hydraulic fracturing (HF), as a stimulation technique in petroleum engineering, has made possible the oil production from reservoirs with very low permeability. The combination of horizontal drilling and multiple HF with various perforation angles has been widely used to stimulate oil reservoirs for economical productions. Despite the wide use of HF, there are still ambiguous aspects that require more investigation. Therefore, optimizing the geometry of the initial fractures using numerical methods is of high importance in a successful HF operation. Different geometrical parameters of the initial HF cracks including patterns, spacings, crack lengths, and perforation phase angles were modeled using the higher order displacement discontinuity method (HODDM) in horizontal and vertical oil wells. Several well-known issues in HF such as crack interference and crack arrest were observed in certain patterns of the HF cracks. Also the best possible arrangements of the HF cracks were determined for a better production. The results obtained were verified by the in-situ measurements existing in the literature. In addition, the best perforation phase angle in vertical wells was investigated and determined.
    Keywords: Hydraulic Fracturing, Well Stimulation, Crack Propagation, Crack Interference, Perforation}
  • عرفان صادقی، محمدرضا نیکودل، بدیل پهلوان
    امروزه به دلیل اهمیت منابع هیدروکربنی و بالا رفتن نرخ مصرف در جهان، نیاز به بالا بردن استخراج این مواد بیش از پیش احساس میشود. از طرفی وجود سازندهای با تخلخل موثر پایین که سنگ مادر مخازن هیدروکربنی محسوب میشوند، مانع از بهرهوری مناسب از این مخازن می گردند. شکست هیدرولیکی که به عنوان یک فرایند آغاز و گسترش شکستگی ها در اثر تزریق سیال به درون قسمتی از گمانه حفر شده در سازندهای سنگی شناخته میشود، نقش موثری در افزایش استحصال مخازن هیدروکربنی کم بازده دارا میباشد. آغاز و گسترش شکستگی ها وابستگی بالایی به پارامترها و خصوصیات سنگ مخزن دارند. از میان این پارامترها میتوان به مواردی همچون جنس سنگهای تشکیل دهنده، مقاومت کششی سنگها، فشارمنفذی درون سنگ و غیره اشاره نمود. اهمیت مقاومت کششی سنگ به منظور پیشبینی فشار شکست آزمایش شکست هیدرولیکی بسیار بالا بوده و خود این پارامتر نیز تابع سنگشناسی سنگ مخزن میباشد. از این روی در این پژوهش با نمونهگیری از مقطع تیپ سازند آسماری به بررسی و ارزیابی پارامتر فشار شکست به عنوان تابعی از پارامترهای مقاومت کششی سنگ و سنگ شناسی پرداخته شده است. با دستیابی به مقاومت کششی سنگ از آزمایش شکست هیدرولیکی به مقایسه آن با مقاومت کششی برزیلی و مقاومت بارنقطهای پرداخته شده است. اختلاف میان این نسبتها نشان از وابستگی پارامتر مقاومت کششی به روش آزمایش دارد. مقاومت کششی به دست آمده از آزمایش شکست هیدرولیکی برای این سازند حدودا برابر با 20 مگاپاسکال و نسبت میان مقاومت کششی شکست هیدرولیکی به برزیلی معادل 35/2 میباشد. با توجه به حفرات کارستی ریز در ساختار این سنگها و به تبع آن تخلخل نسبتا پایین این سازند و همچنین وجود حفرات درون ذرهای به دلیل وجود فسیل در ساختار سنگ، اختلاف ناچیز در پراکندگی داده ها و ضریب رگرسیونی 9/0 را میتوان بدین دلیل دانست. تمام شواهد اعم از نتایج خصوصیات فیزیکی و مکانیکی اثبات کننده تاثیر سنگ شناسی بر نتایج مقاومت کششی بدست آمده از آزمایش شکست هیدرولیکی میباشد. همچنین میتوان از آزمایش برزیلین برای ارزیابی تنش های مورد نیاز جهت شکست هیدرولیکی استفاده نمود.
    کلید واژگان: شکست هیدرولیکی, سازند آسماری, آزمایش برزیلی, مقاومت کششی سنگ}
    A. Sadeghi, M.R. Nikoudel, B. Pahlavan
    Nowadays, the need to enhance the exploitation of hydrocarbon resources due to importance and increase in the rate of consumption of this material is more crucial than ever. On the other hand, the rock formations with low effective porosity, which are considered as hydrocarbon reservoirs prevented to have a suitable productivity of these reservoirs. Hydraulic fracturing is known as a process of initiation and propagation of fractures caused by fluid injection into the part of the boreholes in rock formations, which has an important role in increasing of the exploitation of hydrocarbon reservoirs with low efficiency. Initiation and propagation fractures have a high dependency to the parameters and properties of reservoir rocks. Among these parameters can mention, such as rock material, rock tensile strength, pore pressure and etc. Importance tensile strength of rock for predicting the breakdown pressure of hydraulic fracturing test is remarkable and this parameter is a function of lithology of reservoir rock. Hence, in this study with sampling at typical section of Asmari formation, evaluation of breakdown pressure parameter as a function of rock tensile strength and lithology parameters has been paid. The ratio of hydraulic fracturing tensile strength to Brazilian test tensile strength and Point load test allows prediction of the tensile strength and is an important parameter for simulation of hydraulic fracturing test results. Comparison of these ratios shows that the tensile strength parameter is dependent on the test method. Rock tensile strength that obtained from hydraulic fracturing test is 20.08 MPa and proportion between tensile strength of hydraulic fracturing test to Brazilian test is equal to 2.35. Slight differences in the distribution of data and regression coefficient 0.9 are due to the small karst cavities, relatively low porosity and intragranular voids because of fossils in the rock structure. All evidences, including the results of physical and mechanical properties reveal the influence of lithology on the results of tensile strength obtained from hydraulic fracturing test.
    Keywords: Hydraulic fracturing, Asmari formation, Brazilian test, Rock tensile strength}
  • مرتضی نوری طالقانی، بهرام حبیب نیا، محمدرضا معتضدی، مینا کریمی خالدی
    تحلیل پایداری چاه روشی برای بهبود اقتصادی عملیات حفاری است، به منظور جلوگیری از ریزش دیواره چاه ناشی از گسیختگی برشی و شکاف هیدرولیکی ناشی از شکست کششی، طراحی فشار گل باید با دقت انجام شود. به دلیل کاهش فشار مخزن و کم شدن شاخص بهره دهی، عملیات شکست هیدرولیکی(Hydraulic Fracturing) برای بالا بردن تراوایی و تولید از چاه انجام می شود. طی این عملیات سیال به خصوص با فشار مورد نیاز به منظور ایجاد شکاف در دیواره بدرون چاه تزریق می شود. در این مطالعه فشار شکست برشی و کششی با استفاده از پارامترهای مکانیک سنگی و اطلاعات به دست آمده از نمودارهای چاه پیمایی و همچنین تنش برجای عمودی و افقی حداقل و حداکثر تعیین شده است. پنجره ایمن گل در محدوده 84/0 تا 4/2 گرم بر سانتی متر مکعب تعیین شد. حداقل فشار مجاز گل در جلوگیری از شکست برشی بین 51/33 تا 89/52 و حداکثر آن بین 47/40 تا 97/55 مگاپاسکال تعیین شد. همچنین حداقل فشار گل لازم به منظور ایجاد گسیختگی کششی و در نهایت شکست هیدرولیکی بین 87/108 تا 38/151 مگاپاسکال برآورد شد. همچنین تحلیل پایداری چاه نفت در سازند فهلیان در میدان نفتی دارخوین، با استفاده از نرم افزار عددی FLAC3D و اطلاعات به دست آمده از نمودارهای چاه پیمایی برآورد شده است، فشار و وزن گل حفاری در آغاز حرکت پلاستیک دیواره چاه و همچین آغاز گسیختگی برشی در دیواره چاه برای 5 متر از سازند سنگ آهک مخزن به دست آمد. همچنین تحلیل پایداری چاه در امتداد قائم، تنش افقی حداقل و تنش افقی حداکثر انجام شده است. آغاز حرکت پلاستیک و گسیختگی برشی در دیواره چاه در فشار گل 71/141 مگاپاسکال (43/198 پوند بر فوت مکعب) و 81/21 مگاپاسکال (54/30 پوند بر فوت مکعب) اتفاق می افتد. نتایج نشان می دهد حداکثر جابه جایی افقی دیواره چاه در فشار گل 6/142 مگاپاسکال در شرایط حفاری عمودی در امتداد تنش افقی حداقل و حداکثر به ترتیب 5-10*6/10، 5-10*99/8 متر به دست آمد.
    کلید واژگان: تحلیل پایداری, گسیختگی برشی, شکاف هیدرولیکی, شکست کششی, حرکت پلاستیک, فشار گل}
    Morteza Nouri-Taleghani
    Well bore stability analysis is a procedure with the view to economically improving the drilling operation. Identification of diverse types of rupture in the well bore is crucial in stability analysis. Due to reduction I reservoir pressure and index of per، hydraulic fracturing well be performed in order to increase the permeability and production from well. During the aforementioned procedure، fluid is injected inside the well to induce the fracture in the walls. Hydraulic fracturing has received much recognition as a reliable method for the stimulation of oil reservoir. In this study، conducted on 400 m of limestone in fahlyian reservoir in darkhovein oil field، pressure of shear and compressional failure is determined by virtue of parameters including rock mechanic and information on well logging as well as in situ stress of vertical and maximum and minimum horizontal. Safety mud window was defined between 0. 84 and 4. 2. The minimum allowable mud pressure for preventing the shear failure was between 33. 51 and 52. 89 and the maximum range was determined between 47. 4 and 97. 55. Furthermore، minimal required mud pressure for inducing compressional rupture and hydraulic fracturing was estimated between 108. 87 and 151. 38.
    Keywords: Wellbore stability, shear rupture, hydraulic fracturing, compressional failure}
  • محمود بهنیا
    شکست هیدرولیکی یکی از روش های انگیزش مخازن هیدروکربوری است که با هدف افزایش برداشت از مخازن با نفوذپذیری کم، توسعه یافته است. به منظور طراحی ایمن و بهینه ی این فرآیند، ضروری است که پارامترهای موثر بر گسترش ترک هیدرولیکی قبل از اجرای آن بر سنگ مخزن مورد ارزیابی قرار گیرد. در مخازن شکسته شده و دارای ناپیوستگی های از پیش موجود، نحوه ی گسترش شکست هیدرولیکی به دلیل اندرکنش آن با شکستگی های طبیعی متفاوت است به گونه ای که این ناپیوستگی ها می توانند فشار موردنیاز برای گسترش شکست هیدرولیکی را افزایش داده و بر جایگیری پروپانت و قدرت انتقال سیال در درون شکستگی تاثیر عمده ای داشته باشند. در همین راستا در این مطالعه یک برنامه ی عددی (2DFPM) با تلفیق روش المان مرزی (ناپیوستگی- جابجایی (DDM)) و روش تفاضل محدود (FDM) با هدف مدلسازی هندسه ی شکست هیدرولیکی در مخازن شکسته شده توسعه ی داده شد و با استفاده از مدل KGD اعتبارسنجی گردید. در ادامه حالات مختلف برخورد شکست هیدرولیکی با ناپیوستگی مدلسازی شد و تاثیر ناپیوستگی های از پیش موجود بر تغییرات فشار سیال درون شکستگی هیدرولیکی و میزان بازشدگی آن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نحوه ی برخورد شکست هیدرولیکی به ناپیوستگی طبیعی و پارامترهای تزریق از عوامل عمده ی کنترل کننده ی گسترش شکست هیدرولیکی در مخازن شکسته شده هستند.
    کلید واژگان: شکستگی هیدرولیکی, شکستگی طبیعی, فشار سیال, روش ناپیوستگی - جابجایی, روش تفاضل محدود}
    M. Behnia
    Hydraulic Fracturing method was developed to increase the productivity of low permeability reservoirs. In this method، it is very important to predict the hydraulic fracturing geometry to ensure a safe and optimum design. Hydraulic fracture propagation is affected from natural discontinuities (fault، joint…) in fractured reservoirs. In this study، the interaction of hydraulic fracture with natural fractures and consequently the fracture propagation and variation of fluid pressure inside the hydraulic fracture is studied numerically. The numerical program (2DFPM) was developed based on combination of boundary element method (displacement discontinuity method (DDM)) and finite difference method (FDM). The validity of the numerical program was verified by KGD model. Different conditions of hydraulic and natural fracture interaction are modeled and the effect of natural fracture on distribution of fluid pressure profile along the hydraulic fracture length is studied. The results show that the interaction condition and injection parameters of fluid have more influence on the hydraulic fracturing method.
    Keywords: Hydraulic Fracturing, Natural Fracture, Fluid Pressure Profile, Displacement Discontinuity Method, Finite Difference Method}
  • محمود بهنیا*، کامران گشتاسبی، محمد فاتحی مرجی، علی اکبر گلشنی
    شکست هیدرولیکی به عنوان روشی برای تحریک مخازن نفتی به عوامل مختلفی از جمله خصوصیات محیطی که شکستگی در آن رشد می کند بستگی دارد. خصوصیات مکانیکی لایه ها به عنوان یکی از مهم ترین پارامترهای تاثیرگذار بر روند پیشروی شکست هیدرولیکی و هندسه ی آن شناخته می شوند. در این تحقیق با تغییر پارامترهای مقاومتی محیط دربرگیرنده ی شکست هیدرولیکی، فرآیند گسترش شکست هیدرولیکی در محیط های چند لایه(محیط نرم و سخت) و تحت تاثیر پارامترهای الاستیک، مورد ارزیابی قرارگرفته است. بدین منظور روش المان مرزی بر اساس فرمول بندی ناپیوستگی- جابجایی برای حل گسترش شکست هیدرولیکی در سازندهای لایه ای مورد استفاده قرار گرفت. از المان های مرتبه ی بالا برای مدلسازی مرز ترک و محیط به همراه المان نوک ترک برای افزایش دقت این روش عددی ارائه شده در محیط های ناهمگن(2DFPM) استفاده شده است. صحت روش عددی ارائه شده در مدلسازی مواد ناهمگن، به وسیله ی تعدادی مسئله ی دارای حل تحلیلی تایید گردید. در این مطالعه تنش های کششی ایجادشده در امتداد فصل مشترک به همراه فاکتور شدت تنش موجود در نوک ترک برای بررسی رفتار گسترش شکست هیدرولیکی در شرایط مختلف محاسبه گردیدند. نتایج نشان می دهد که بسته به وضعیت قرارگیری شکست هیدرولیکی نسبت به فصل مشترک (عمود، گذرنده و موازی) و همچنین پارامترهای محیط در برگیرنده ی شکستگی، میزان فاکتور شدت تنش ایجادی در نوک ترک و تنش های کششی در امتداد فصل مشترک متفاوت خواهند بود، که این دو پارامتر امکان گسترش شکستگی و یا احتمال توقف آن را تعیین می نمایند. همچنین میزان بازشدگی شکست هیدرولیکی به خصوصیات الاستیک لایه ها وابسته بوده و تغییر خصوصیات الاستیک لایه ها می تواند هندسه شکستگی را تحت تاثیر قرار دهد.
    کلید واژگان: شکست هیدرولیکی, محیط های لایه ای, گسترش شکستگی, روش ناپیوستگی - جابجایی}
    Mahmood Behnia*, Kamran Goshtasbi, Mohammad Fatehi Marji, Aliakbar Golshani
    Hydraulic fracturing as a method for reservoir stimulation depends on the properties of the media that fracture propagates in it. The elastic properties of layers greatly affect the geometry and propagation of hydraulic fractures. In this research study، the hydraulic fracturing propagation in multi-layered media (stiff and soft) with different elastic properties is investigated. Therefore، boundary element method based on the displacement discontinuity formulation is presented to solve general problems of hydraulic fracturing propagation in layered formations. The crack tip element and a higher order boundary displacement collocation technique are used to increase the accuracy of the method (2DFPM) in modeling of non-homogenous media. The stress intensity factor and tensile stress near the crack tip under different elastic modulus are evaluated to study the hydraulic fracture propagation. Related to the position of the fracture with interface (vertical، intersect and parallel) these factors have different values and finally، they control the fracture propagation. In comparison between the width of fractures in soft and stiff layers، the study displays that the fracture width in soft layers is greater than width of fracture in stiff layers.
    Keywords: Hydraulic fracturing, layered formation, fracture propagation, Displacement discontinuity method}
  • مجیدرضا آیت اللهی، محمدحسن پورکاویان، محمدرضا محمدعلیها
    عملیات شکست هیدرولیکی، یکی از روش های افزایش بازده چاه های نفت و گاز محسوب می شود. این عملیات، فرآیندی است که در آن سیال با نرخ تزریقی نسبتا بالا درون چاه پمپ می شود. عملیات پمپ کردن تا جایی ادامه می یابد که فشار به حدی برسد که باعث ایجاد و سپس گسترش شکافی در دیواره چاه شود. در این مقاله، هدف تعیین حداقل فشار لازم برای آغاز رشد شکاف، از محل شکاف اولیه ایجادشده در دیواره چاه، است. این بررسی از این نظر اهمیت دارد که اگر حداقل فشار لازم برای آغاز رشد شکاف مشخص باشد، می توان در انتخاب پمپ مورد نیاز، با دقت بیشتری عمل کرد و از هزینه های غیر لازم خودداری نمود. اما از آنجایی که روش شکست هیدرولیکی اساسا یک فرآیند بروز و گسترش ترک است، استفاده از مبانی مکانیک شکست می تواند ابزاری مناسب برای بررسی مناسب و مطالعه دقیق تر رفتار شکست توده های سنگی باشد. در این بررسی نمودارهای حداقل فشار لازم برای آغاز رشد شکاف، در حالت های مختلف یک چاه در حین عملیات شکست هیدرولیکی ارائه شده است. بدین منظور تعداد زیادی مدل المان محدود چاه ترک دار، در معرض بارگذاری های مختلف، مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف نظیر تنش های ساختاری، عمق نسبی ترک اولیه ایجادشده در دیواره چاه و نیز زاویه چاه، بر حداقل فشار لازم برای آغاز و گسترش شکاف، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که مهمترین پارامتر اثرگذار بر حداقل فشار لازم، تنش افقی مینیمم در اعماق زمین است. افزایش تنش برجای افقی مینیمم، فشار شکست بیشتری را موجب می شود. ضمنا با ایجاد چاه مایل می توان با فشار پمپ کمتری، شکاف را گسترش داد.
    کلید واژگان: مکانیک شکست, شکست هیدرولیکی, ضریب شدت تنش, تنش های ساختاری, فشار مینیمم پمپاژ, مدل سازی اجزای محدود}
    M.R. Ayatollahy, M.H. Pourkavian, M.R. Mohammadaliha
    The hydraulic fracturing is a suitable operational method for stimulating and increasing the productivity of oil and gas wells. In this method, a liquid is pumped to the wellbore until creation and then propagation of a fracture in the wall of wellbore. The aim of this paper is to determine the minimum pressure required for developing a hydraulic fracture from an initial perforation in the wall of well. The evaluation of the minimum pumping pressure is an important task for performing an optimum and successful hydraulic fracture operation. Since the hydraulic fracturing is essentially a process of crack growth in the wellbores and in the reservoir formations, it is preferred to investigate this method using the concepts of rock fracture mechanics. In this paper, the minimum pumping pressure diagrams have been presented for different conditions of a wellbore during the hydraulic fracturing process. In order to obtain the diagrams, several 3D finite element models of the well having an initial semi circular perforation were analyzed under different loading conditions and the influence of affecting parameters such as the in-situ stresses, the depth of initial perforation and the wellbore inclination angle on the minimum pumping pressure were investigated numerically. It is shown that the minimum horizontal in-situ stress is the most affecting parameter on the required pumping pressure at great depths. The pumping pressure increases by increasing the minimum in-situ stress. Meanwhile, inclined wells require smaller pumping pressures in comparison with the vertical wellbores.
    Keywords: Fracture mechanics, Hydraulic fracturing, Stress intensity factors, In, situ stresses, Minimum pressure, Finite element method}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال