بررسی عددی تاثیر ناپیوستگی‌های طبیعی در فرآیند شکست هیدرولیکی با اعمال شبکه شکستگی‌های مجزا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک- دانشگاه صنعتی شاهرود

2 هیات علمی دانشگاه صنعتی شاهرود

3 شرکت ملی مناطق نفت خیز جنوب ایران

چکیده

با افزایش نیاز به انرژی و با توجه به وابستگی صنایع مختلف به سوخت‌های فسیلی، صنعتگران در حوزه نفت و گاز را بر آن واداشت تا در اندیشه افزایش میزان تولید از میدان‌های فعلی قرار گیرند. روش‌های جدیدی بدین منظور برای مخازن نفت و گاز ارائه شدند، که ازجمله مهم‌ترین آن‌ها به کارگیری روش شکست هیدرولیکی است. عوامل متعددی می‌تواند در شرایط ایجاد شکاف و هندسه آن اثرگذار باشند، که می‌توان به وجود شکستگی‌های طبیعی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین موارد مؤثر اشاره کرد. ویژگی‌های هندسی شکستگی های طبیعی می‌تواند بر روی نحوه اجرا عملیات و نوع شکاف هیدرولیکی ایجاد شده موثر واقع شود؛ از این رو مطالعه آن‌ها پیش از انجام عملیات اجتناب‌ناپذیر است. در این مطالعه شکستگی‌های طبیعی با استفاده از شبکه شکستگی‌های مجزا و فرآیند شکافت هیدرولیکی با استفاده روش عددی اجزا مجزا مورد بررسی قرارگرفته است. در این بررسی ویژگی‌های هندسی شکستگی‌ها از قبیل چگالی، طول شکستگی و جهت‌داری و تأثیر آن بر شکستگی هیدرولیکی مورد مطالعه واقع ‌شده است. نتایج گویای آن است که خصوصیات شبکه شکستگی مجزا و هندسه شکستگی‌ها می‌تواند عملیات شکست هیدرولیکی را تحت تأثیر قرار داده و نتایج را کنترل کرده و در اغلب موارد نتایج امیدبخشی را در تخمین پاسخ مخزن نسبت به تزریق سیال فراهم کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of natural discontinuities in hydraulic fracturing using discrete fracture network

نویسندگان [English]

  • Ali Kazemi 1
  • Majid Nikkhah 2
  • Mojtaba Heydari 3
1 Faculty of mining, petroleum and geophysics engineering, Shahrood university of technology
2 Faculty of mining, petroleum and geophysics engineering, Shahrood university of technology
3 National Iranian South Oil Company
چکیده [English]

With the increasing need for energy and the dependence of various industries on fossil fuels, oil and gas experts have been forced to think about increasing production from existing fields. These conditions necessitated the introduction of new methods for this purpose for oil and gas reservoirs, the most important of which was the use of hydraulic fracturing methods. Numerous factors can affect the condition of the fracture and its geometry, which can be noted as the existence of natural fractures as one of the most important factors. The geometric properties of natural fractures can affect how the operation is performed and the type of hydraulic fracture created; Therefore, studying them before performing the operation is inevitable. In this study, natural fractures have been investigated using a discrete fracture network and the hydraulic fracturing process using a numerical method based on discrete element method. In this regard, the geometric properties of fractures such as density, fracture length and orientation and its effect on hydraulic fractures have been studied. The results indicate that the characteristics of the discrete fracture network and the geometry of the fractures can influence the hydraulic fracturing operation and control the results, and in most cases provide promising results in estimating the reservoir response to fluid injection.

کلیدواژه‌ها [English]

  • hydraulic fracturing
  • fracture
  • discrete fracture network
  • petroleum
  • numerical modeling
Baghbanan, A. and Jing, L. (2007) ‘Hydraulic properties of fractured rock masses with correlated fracture length and aperture’, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. Elsevier, 44(5), pp. 704–719. doi: 10.1016/j.ijrmms.2006.11.001.
Basirat,R. Goshtasbi, K. and Ahmadi, M. (2019) ‘Discrete Element Simulation of Interaction between Hydraulic Fracturing and a Single Natural Fracture’, Fluids, 4, 76; doi:10.3390/fluids4020076
Bhide, R. J. et al. (2012) ‘Modeling hydraulic fracture propagation in low permeability reservoirs’, in 46th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium. American Rock Mechanics Association.
Chen, B. et al. (2021) A Review of Hydraulic Fracturing Simulation, Archives of Computational Methods in Engineering. .doi: 10.1007/s11831-021-09653-z
Clark, J. B. et al. (1949) ‘A hydraulic process for increasing the productivity of wells’, Journal of Petroleum Technology. Society of Petroleum Engineers, 1(01), pp. 1–8. doi: https://doi.org/10.2118/949001-G.
Donze, F. V. et al. (2016) ‘Discrete Element Modeling of the Role of In Situ Stress on the Interactions Between Hydraulic and Natural Fractures BT - New Frontiers in Oil and Gas Exploration’, in Jin, C. and Cusatis, G. (eds) New Frontiers in Oil and Gas Exploration. pp. 113–136. doi: 10.1007/978-3-319-40124-9_3.
Fjar, E. et al. (2021) Petroleum related rock mechanics. 3rd edition. Elsevier.
Gu, H. et al. (2011) ‘Hydraulic Fracture Crossing Natural Fracture at Non-Orthogonal Angles, a Criterion, Its Validation and Applications. SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference, Texas, 24–26 January’, Soc. of Pet. Eng., doi: https://doi.org/10.2118/139984-PA.
Hu, Y. et al. (2021) ‘Numerical modeling of complex hydraulic fracture networks based on the discontinuous deformation analysis (DDA) method’, Energy Exploration & Exploitation, 39(5) 1640–1665. doi: 10.1177/0144598720981532
Hubbert, M. K. and Willis, D. G. (1954) ‘Mechanics Of Hydraulic Fracturing’, Transaction of the AIME. Society of Petroleum Engineers. doi: https://doi.org/10.2118/686-G.
Jeffrey, R. G., Vandamme, L. and Roegiers, J.-C. (1987) ‘Mechanical Interactions in Branched or Subparallel Hydraulic Fractures’. Society of Petroleum Engineers, (1). doi: https://doi.org/10.2118/16422-MS.
Jing, L. and Stephansson, O. (2007) ‘Discrete Fracture Network (DFN) Method’, Developments in Geotechnical Engineering, 85, pp. 365–398. doi: http://dx.doi.org/10.1016/S0165-1250(07)85010-3.
Katsaga, T., Riahi, A. and Damjanac, B. (2015) ‘Three-Dimensional Investigation of Hydraulic Treatment in Naturally Fractured Reservoirs’, pp. 1–10.
Keshavarzi, R., Club, Y. R. and Mohammadi, S. (2012) ‘A new approach for numerical modeling of hydraulic fracture propagation in naturally fractured reservoirs’, in SPE/EAGE European Unconventional Resources Conference & Exhibition-From Potential to Production. doi: https://doi.org/10.2118/152509-MS.
Leung, C. T. O. and Zimmerman, R. W. (2012) ‘Estimating the hydraulic conductivity of two-dimensional fracture networks using network geometric properties’, Transport in porous media. Springer, 93(3), pp. 777–797. doi: 10.1007/s11242-012-9982-3.
Li, Y. (2020) ‘Simulation of the interactions between multiple hydraulic fractures and natural fracture network based on Discrete Element Method numerical modeling’, Energy Sci Eng. 8:2922–2937. doi: 10.1002/ese3.712
McClure, M. W. and Horne, R. N. (2013) Discrete fracture network modeling of hydraulic stimulation: Coupling flow and geomechanics. 1st edn. Springer International Publishing. doi: 10.1007/978-3-319-00383-2.
Montgomery, C. T. et al. (2010) ‘Hydraulic fracturing: history of an enduring technology’, Journal of Petroleum Technology. Society of Petroleum Engineers, 62(12), pp. 26–40. doi: https://doi.org/10.2118/1210-0026-JPT.
Nolen-hoeksema, R. (2013) ‘Defining Hydraulic Fracturing: Elements of Hydraulic Fracturing’, Oilfield Review Schlumberger, (2), pp. 51–52.
Pater, C. J. and Beugelsdijk, L. J. L. (2005) ‘Experiments and numerical simulation of hydraulic fracturing in naturally fractured rock’. American Rock Mechanics Association.
Pirhooshyaran, M, R. Nikkhah,. M (2021) ‘Hydraulic fracture patterns in fractured rock mass using coupled hydromechanical modeling in the bonded particle model’, Modeling Earth Systems and Environmen, 10.1007/s40808-021-01218-0
Riahi, A. and Damjanac, B. (2013) ‘Numerical study of hydro-shearing in geothermal reservoirs with a pre-existing discrete fracture network’, in Proceedings of the 38th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford, CA, pp. 11–13.
Taleghani, A. D. (2009) Analysis of hydraulic fracture propagation in fractured reservoirs: an improved model for the interaction between induced and natural fractures. The University of Texas at Austin.
Zhang, X., Jeffrey, R. G. and Thiercelin, M. (2007) ‘Deflection and propagation of fluid-driven fractures at frictional bedding interfaces: a numerical investigation’, Journal of Structural Geology. Elsevier, 29(3), pp. 396–410. doi: 10.1016/j.jsg.2006.09.013.
میرزایی نصیر آباد، حسین ( 1391 ) ‘تهیه برنامه کامپیوتری تولید شبکه شکستگی مجزای توده سنگ درزه دار ’,. کرمان: اولین همایش زمین شناسی فلات ایران.