نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه علم و صنعت

چکیده

عملیات شکست هیدرولیکی، یکی از روش‌های افزایش بازده چاه‌های نفت و گاز محسوب می‌شود. این عملیات، فرآیندی است که در آن سیال با نرخ تزریقی نسبتاً بالا درون چاه پمپ می‌شود. عملیات پمپ کردن تا جایی ادامه می‌یابد 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، می‌توان در انتخاب پمپ مورد نیاز، با دقت بیشتری عمل کرد و از هزینه های غیر لازم خودداری نمود. اما از آنجایی‌که روش شکست هیدرولیکی اساساً یک فرآیند بروز و گسترش ترک است، استفاده از مبانی مکانیک شکست می‌تواند ابزاری مناسب برای بررسی مناسب و مطالعه دقیق‌تر رفتار شکست توده‌های سنگی باشد. در این بررسی نمودارهای حداقل فشار لازم برای آغاز رشد شکاف، در حالت‌های مختلف یک چاه در حین عملیات شکست هیدرولیکی ارائه شده است. بدین منظور تعداد زیادی مدل المان محدود چاه ترک‌دار، در معرض بارگذاری‌های مختلف، مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین تأثیر پارامترهای مختلف نظیر تنش‌های 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 به‌دست‌آمده نشان می‌دهد 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 می‌شود. ضمناً با ایجاد چاه مایل می‌توان با فشار پمپ کمتری، شکاف را گسترش داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determination of Minimum pressure required for initiation of crack growth in hydraulic fracturing process

نویسندگان [English]

  • M.R Ayatollahy
  • M.H Pourkavian
  • M.R Mohammadaliha

University of Science and Technology

چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • fracture mechanics
  • hydraulic fracturing
  • Stress intensity factors
  • In-situ stresses
  • Minimum pressure
  • finite element method