شبیه سازی شکست هیدرولیکی در چاه های نفت به روش اجزاء محدود توسعه یافته

عملیات شکست هیدرولیکی از جمله روش هایی است که برای در صنایع بالادستی و به منظور افزایش بازده تولید مخازن نفت و گاز به کار می رود. با وجود قدمت مخازن ایران و کاهش میزان تولید در بعضی از مخازن و هم چنین هزینه استخراجی بالای آن ها، تا کنون عملیات شکست هیدرولیکی بر روی آن ها انجام نشده است. از این رو پروژه حاضر، با هدف شبیه سازی فرایند شکست هیدرولیکی به روش اجزاء محدود تعریف شده است، به امید آن که آغازی بر تحقیقات و زمینه ای برای اجرای موفق عملیات شکست هیدرولیکی در این مرز و بوم باشد. در شبیه سازی انجام شده از اطلاعات آزمایشگاهی سنگ مخزن چاه بنگستان اهواز به عنوان داده های ورودی استفاده شده و مدل دوبعدی کرنش صفحه ای برای تحلیل فرایند شکست هیدرولیکی در نرم افزار abaqus6.12 طراحی شده است. تنش های درجا از روابط رایج پیشنهاد شده استخراج گردیده و فشار منفذی و تخلخل برای مدل همگن الاستیک در نظر گرفته شده است. به منظور تحلیل و بررسی مکانیزم جوانه زنی و رشد ترک، برای نخستین بار در این زمینه از روش نوین اجزاء محدود توسعه یافته (xfem) استفاده شده تا برای شبیه سازی ترک به مش بندی ویژه ای نیاز نباشد. هم چنین از مدل آسیب بر مبنای تنش اصلی بیشینه به عنوان معیار ترک استفاده شده است. در این پژوهش مدل هایی با ترک اولیه و بدون ترک اولیه، تحت شرایط مختلف تحلیل و اثر پارامترهایی نظیر تنش های درجا، فشار منفذی، موقعیت ترک های اولیه و خصوصیات مکانیکی سنگ مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس، راستای بحرانی برای جوانه زنی و رشد ترک، راستای عمود بر تنش کمینه درجا به دست آمد و در رقابت ترک های اولیه زاویه دار نسبت به راستای بحرانی، ترک هایی که نزدیک تر به راستای بحرانی بودند، رشد کردند، چرا که بر طبق نمودار فشار رشد استحصال شده برای ترک های اولیه زاویه دار در مدل های دارای 6 ترک، هر چه ترک اولیه از راستای عمود بر تنش درجای کمینه دورتر باشد، به فشار بیش تری برای رشد نیاز دارد. بیش ترین فشار مورد نیاز، در مرحله جوانه زنی مشاهده شد و به ازای هر مرحله از رشد ترک، فشار کاهش یافته و پس از فاصله گرفتن از دهانه چاه، به مقدار مشخصی میل کرد. در رشد ترک های زاویه دار، بلافاصله در اولین مراحل، مسیر ترک به سمت راستای بحرانی متمایل شده و با شیب تندی رشد کرد. در ادامه پس از رشد ترک تقریباً به اندازه شعاع دهانه چاه، ازشیب مسیر ترک کاسته و تقریبا به صورت افقی ادامه یافت. اثر فشار منفذی در مرحله جوانه زنی با کاهش فشار مورد نیاز به اندازه مقدار فشار منفذی و در مرحله رشد با کاهش کمتری مشاهده گردید. به عبارت دیگر مشخص شد، تنش موثر در حضور فشار منفذی معیاری برای استفاده در تحلیل ترک هیدرولیکی به شمار می رود. برای بررسی صحت شبیه سازی و نتایج به دست آمده، نتایج با تئوری و تحقیقات موجود مقایسه شد که انطباق بالا و خطای کم نسبت به تئوری های موجود، از اعتبار و دقت بالای شبیه سازی انجام شده حکایت دارد.