شکستگی هیدرولیکی یکی از تکنیک های تحریک مخازن است که برای افزایش بازدهی مخازن نفتی مورد استفاده قرار می گیرد. مهمترین مسئله در روش شکستگی هیدرولیکی، پیش بینی صحیح هندسه شکستگی به منظور طراحی ایمن و بهینه این فرآیند می باشد. نحوه گسترش شکستگی هیدرولیکی در محیط های دارای لایه بندی، به شدت از وجود ناپیوستگی ها (لایه بندی، درزه ، گسل و ...) و خصوصیات آنها، پارامترهای مکانیکی توده سنگ و تنش های برجا تأثیر می پذیرد. بنابراین برای دستیابی به یک طراحی بهینه و همچنین ارزیابی صحیح از هندسه شکستگی هیدرولیکی، لحاظ کردن اثرات لایه بندی در مدلسازی های موجود ضروری است. در این پژوهش با بررسی فرآیند اندرکنش شکستگی هیدرولیکی با ناپیوستگی ها و فصل مشترک لایه ها، نحوه گسترش، انحراف و توقف آن به صورت تجربی و عددی مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، با انجام یک سری آزمایش بر روی نمونه های مکعبی که خود شامل ترکیبی از بلوک-های کوچک تر و یا به صورت چند لایه بودند، نحوه گسترش شکست هیدرولیکی در سلول سه محوره واقعی، با لحاظ کردن هر سه تنش اصلی مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به امکان تغییر چیدمان بلوک های کوچکتر نسبت به هم، شرایط آزمایش برای هر نمونه قابل کنترل بود؛ لازم به ذکر است که این نحوه طراحی برای اولین بار در مجموعه آزمایش های حوزه شکستگی هیدرولیکی مورد استفاده قرار گرفته است. در این آزمایش ها، با تغییر پارامترهای مقاومتی فصل مشترک بین بلوک ها، خصوصیات مکانیکی لایه ها، تنش های اصلی، گران روی سیال و نرخ تزریق، فرآیند گسترش شکستگی هیدرولیکی تحت تأثیر این پارامترها مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش پارامترهای مکانیکی ناپیوستگی و در نتیجه عدم لغزش و بازشدگی آن، شکستگی می تواند از آن عبور کند، در حالی که کاهش پارامترهای مکانیکی منجر به لغزش و باز شدگی ناپیوستگی شده و در نتیجه انحراف شکستگی هیدرولیکی و یا توقف آن پدیده غالب می باشد. نتایج نشان می دهد که وجود میان لایه نفوذ پذیر یا پرشدگی تأثیرگذار، باعث کند شدن نوک ترک و افزایش تراوش و توقف شکستگی می شود، همچنین تغییر خصوصیات مکانیکی لایه های مجاور بر میزان نفوذ شکستگی هیدورلیکی در این لایه ها اثر گذاشته و می تواند رشد آن را به طور کامل متوقف نماید. در نمونه های بلوکی چند لایهنتایج نشان داد که با تغییر مکان لایه های سخت و نرم نسبت به یکدیگر، شکستگی هیدرولیکی از لایه سخت به لایه نرم نفوذ می کند در صورتی که در حالت معکوس رشد شکستگی متوقف شده و یا به صورت موضعی صورت می پذیرد. براساس هدف دوم پژوهش، به منظور بررسی بیشتر گسترش شکستگی هیدرولیکی و اندرکنش آن با ناپیوستگی های موجود، برنامه عددی (2dfpm) با مبنای المان مرزی (روش ناپیوستگی- جابجایی (ddm)) توسعه داده شد. مهمترین دلایل انتخاب ddm، عدم نیاز این روش به مش-بندی مجدد محیط در حین گسترش شکستگی هیدرولیکی و توانایی آن در مدلسازی ناپیوستگی ها و فرآیند لغزش و بازشدگی آنها تحت تأثیر تنش های محیطی بود. در راستای ارتقای این برنامه عددی و افزایش دقت محاسبات، از المان نوک ترک برای اندازه گیری فاکتور شدت تنش و المان-های سه گرهی کوادراتیک استفاده گردید. با استفاده از معیارهای مختلف گسترش شکستگی و الگوریتم توسعه ترک، مسیر گسترش شکستگی هیدرولیکی پیش بینی گردید و با استفاده از المان درزه و معیار موهر-کلمب، حالات مختلف بازشدگی، لغزش و چسبندگی کامل سطوح ناپیوستگی ها مدلسازی شد. با لحاظ کردن فرمولاسیون محیط های نیم صفحه و تمام صفحه قابلیت مدلسازی در محیط های ناهمگن نیز به این برنامه عددی افزوده شد. در ادامه با مدلسازی همزمان جریان سیال نیوتنی و تغییر شکل الاستیک محیط، امکان بررسی بهتر فرآیند گسترش شکستگی هیدرولیکی در مجاورت ناپیوستگی ها فراهم گردید. با مقایسه نتایج حاصل از برنامه عددی با مقادیر ناشی از حل تحلیلی و همچنین نتایج آزمایشگاهی، دقت و قابلیت این برنامه عددی مورد تأیید قرار گرفت. در ادامه با مدل سازی حالات مختلف وضعیت شکستگی هیدرولیکی نسبت به ناپیوستگی، عوامل موثر بر انحراف، توقف و عبور شکستگی هیدرولیکی با توجه به تنش های ایجاد شده بررسی شد و نقاط تنش اصلی حداکثر که به عنوان پتانسیل های شروع مجدد شکستگی هیدولیکی در آن سوی ناپیوستگی مطرح می باشند، مشخص گردیدند. در مجموع نتایج حاصل از روش عددی علت تفاوت موجود در گسترش شکست هیدرولیکی در محیط های لایه ای و در مجاورت ناپیوستگی ها را نسبت به گسترش آن در محیط های همگن تشریح می کند و قابلیت این برنامه عددی در مدلسازی فرآیند گسترش شکستگی هیدورلیکی را در چنین محیط هایی نشان می دهد.

فرآیند شکست هیدرولیکی یکی از متداولترین و پرکاربردترین روشهای مرسوم در انگیزش مصنوعی چاه های نفتی است. در این روش با ایجاد یک شکستگی مصنوعی که از دیواره چاه شروع شده و به سمت مخزن گسترش می یابد عملاً یک مسیر با نفوذپذیری بالا برای انتقال سیال مخزن به درون چاه در مخازن با نفوذپذیری کم ایجاد می گردد. یکی از روش های مطالعه این فرایند، استفاده از مدل سازی های عددی برای پیش بینی مسیر و هندسه شکاف ایجاد شده و در نتیجه بررسی تغییرات آن با توجه به تغییر شرایط محیط دربرگیرنده (خصوصیات سازند و تنش های موجود در منطقه) می باشد. روش ناپیوستگی-جابجایی که یکی از زیر مجموعه های روش المان مرزی است، به دلیل قابلیت ها و دقت مناسب آن به طور گسترده ای برای مدل سازی گسترش ترک مورد استفاده قرار گرفته است. در این پژوهش به منظور مطالعه گسترش شکست هیدرولیکی در مخازن نفتی، توسعه ترک هیدرولیکی تحت تنش های برجا و پارامترهای ژئومکانیکی متفاوت با استفاده از روش ناپیوستگی- جابجایی مدل سازی شده است و در نتیجه هندسه شکستگی و مسیر گسترش آن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دادند که گسترش ترک در فشارهای بالا بیشتر می شود و با افزایش فشار داخلی درون ترک، شکستگی تمایل دارد بیشتر در امتداد مسیر اولیه خود گسترش یابد، و با افزایش زاویه قرارگیری شکستگی نسبت به افق، میزان چرخش در شکستگی تا عمود شدن بر جهت تنش افقی حداقل، افزایش می یابد. همچنین با افزایش تنش های افقی برجا، شکستگی زودتر تغییر مسیر داده و بر تنش افقی حداقل عمود می گردد. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند به منظور کنترل بهینه عملیات شکست هیدورلیکی با توجه به شرایط مخزن مورد استفاده قرار گیرد.

یکی از کلیدی ترین فعالیت های موجود در حوزه مکانیک سنگ و مهندسی سنگ، ارزیابی پارامترهای ژئومکانیکی مانند مقاومت فشاری تک محوره (ucs) و مدول الاستیسیته (e) می باشد. این ارزیابی، در طراحی سازه های سطحی و زیرزمینی، و اجرای پروژه های مهندسی ضروری می باشد. تعیین مستقیم این خصوصیات امری هزینه بر، زمان بر و مستلزم وجود امکانات آزمایشگاهی خاص می باشد؛ در نتیجه از روش های غیرمستقیم برای تخمین این پارامترها استفاده می شود. در این تحقیق تلاش شد با استفاده از مجموعه داده های پنج طرح سدکارون4، سیمره، خرسان 1 و3 و نیز تلمبه ذخیره ای ایلام واقع در سازند آهک آسماری، روابطی (با یک، دو، سه و چهار پارامتر مستقل) جهت پیش بینی پارامترهای ژئومکانیکی با سه روش آماری، شبکه عصبی مصنوعی و همچنین روش ماشین بردار پشتیبان تعیین گردد. در این راستا از مجموعه داده های آزمایش های فیزیکی (چگالی و تخلخل) و سرعت امواج (فشاری و برشی) که جزء آزمایش های اولیه، کم هزینه، غیرمخرب و معمولِ صورت گرفته بر روی نمونه های سنگی هستند، برای توسعه روابط استفاده شده است. معیار مقایسه و قضاوت بین روش ها و همچنین انتخاب روش بهینه، مقدار ضریب تعیین (r2) و خطای جذر میانگین مربعات (rmse) می باشد. مقایسه نتایج به دست آمده میان روابط توسعه یافته نشانگر بهبود عملکرد روابط با چهار متغیر مستقل نسبت به یک، دو و سه متغیر مستقل می باشد. دو معادله خطی با دقت بالا و خطای پایین جهت پیش بینی مقاومت فشاری تک محوره (r2=0.91, rmse=4.16) و مدول الاستیسیته (r2=0.88, rmse=3.30) با استفاده از چهار متغیر مستقل فوق الذکر، ارائه شد. بعلاوه در تمامی روابط توسعه یافته، روش ماشین بردار پشتیبان نسبت به روش های شبکه عصبی و رگرسیون، به علت آموزش نسبتاً ساده، سرعت و دقت بالا، کارایی خوب برای داده های با ابعاد بالا و نیز کنترل میزان خطا از مطلوبیت بالاتری برخوردار و نتایج آن، به واقعیت نزدیک تر می باشد.