مدلسازی فیزیکی چاه‌های نفت هنگام حفاری با استفاده از سلول سه محوری طراحی شده

پپیش‌بینی رفتار چاه‌های نفت هنگام حفاری برای جلوگیری از صرف هزینه‌های زیاد و بروز مشکلات پایداری مهم می‌باشد. از جمله مشکلات می‌توان به شکست دیواره‌ی چاه طی حفاری اشاره کرد. برای مدل‌سازی شکست دیواره‌ی چاه‌های نفت هنگام حفاری می‌توان از نمونه‌های استوانه‌ای توخالی جدار ضخیم استفاده کرد. سلول‌های سه محوری مختلفی برای این آزمایش در دنیا وجود دارند. سلول استفاده شده در این تحقیق بر اساس سلول هوک طراحی شده است. از مزایای این سلول می‌توان به قابلیت مدل‌سازی چاه‌های نفت هنگام حفاری و همچنین مدل‌سازی آزمایش شکست هیدرولیکی اشاره کرد. همچنین امکان اندازه‌گیری کرنش مماسی در حفره مرکزی وجود دارد. این امکانات در بیشتر سلول‌های سه‌محوری به طور همزمان وجود ندارند. برای بررسی کارایی این سلول، نمونه‌های استوانه‌ای توخالی جدار ضخیم از گچ و بتن ساخته شد. در این مقاله از دو مسیر تنش مختلف برای اعمال فشار در سلول سه‌محوری استفاده شده است که عبارتند از: ϭθ= ϭ1˃ϭr = ϭ2˃ϭz = ϭ3، ϭθ = ϭ1˃ϭz = ϭ2˃ϭr= ϭ3 =0. نتایج مطالعات در دو مسیر تنش مختلف نشان می‌دهد که در شرایطی که تنش مماسی ناشی از تنش جانبی، تنش حداکثر باشد، شکست در اطراف چاه به‌صورت برشی در دو جهت مخالف دیواره رخ ‌می‌دهد. هم‌چنین وقوع شکست در دیواره نمونه های استوانه ای جدار ضخیم به علت اختلاف تنش جانبی و فشار داخلی است. با افزایش این اختلاف تنش، عمق شکست و گسترش ترک در دیواره نمونه های استوانه ای جدار ضخیم نیز افزایش خواهد یافت. علاوه بر این،  قابل توجه است که در حضور فشار داخلی، عمق شکست یا ناحیه پلاستیک نسبت به عدم حضور آن کاهش می یابد.