بررسی اثرات حرارتی بر گسترش شکست هیدرولیکی و پاسخ مدل عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی معدن، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

2 دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

10.22107/jpg.2021.240693.1125

چکیده

در بسیاری از زمینه‌‌های ژئومکانیک از جمله شکست هیدرولیکی در مخازن نفت و گاز عمیق، استخراج انرژی زمین‌گرمایی صرف نظر از اثرات گرمایی می‌تواند موجب خطای قابل ملاحظه در نتایج شود. بهره‌برداری و انگیزش مخازن نفت و گاز نامتداول بشدت وابسته به کارآیی عملیات شکست هیدرولیکی (HF) اجرا شده در چاه استخراجی است. در این عملیات شبکه‌ای از شکستگی‌ها ایجاد می‌شود که وظیفه افزایش هدایت‌پذیری سازند مخزنی اطراف چاه را بر عهده دارد. این شکستگی‌ها موجب افزایش جریان و دبی سیال به درون چاه بخصوص در مخازن با نفوذپذیری پایین می‌شوند. درک صحیح و کامل رفتار HF و شکستگی‌های ایجاد شده و رابطه آنها با میزان افزایش بهره‌وری موجب کاهش هزینه‌های سنگین عملیات شکست هیدرولیکی می‌شود. در این پژوهش اثرات گرمایی بصورت کوپل بر گسترش شکست هیدرولیکی بررسی می‌شود. برای اینکار از روش عددی ناپیوستگی جابجایی (DDM) از زیرمجموعه‌های روش‌های المان مرزی استفاده شده است. ابتدا اثرات حرارتی بر یک مدل ترموالاستیک با وجود یک منبع حرارتی بررسی شد. مدلسازی‌های انجام شده نشان داد که مرزهای مدل هندسی در تحلیل‌های عددی حرارتی باید بسیار فراتر از مدلسازی صرفا مکانیکی باشد، چرا که اثرات حرارتی تا عمق زیادی از محل منبع حرارتی قابل پیگیری است. در ادامه مدلسازی شکست هیدرولیکی تحت اثرات دمایی نشان داد که استفاده از سرمایش مخزن می‌تواند در گسترش شکست هیدرولیکی بسیار مفید باشد. سرمایش سازند اطراف چاه موجب افزایش دهانه شکست ایجاد شده می شود که ارتباط مستقیم با هدایت‌پذیری شکستگی‌ها دارد و عاملی مهمی در موفقیت عملیات HF است. همچنین با استفاده از سرمایش محیطی، می‌توان با فشاری کمتر از فشار مورد نیاز برای غلبه بر فشار شکست به گسترش شکست هیدرولیکی پرداخت. این عامل نیز موجب کاهش هزینه‌های اجرایی برای تهیه پمپ‌های قوی و اعمال فشار کمتر بر تاسیسات درون چاهی و سر چاهی می‌شود.

کلیدواژه‌ها