پارامترهای موثر بر فشار شکست در آزمون شکست هیدرولیکی، مدل‌سازی به روش تفاضل محدود

اگرچه شکست هیدرولیکی دارای کاربردهای فراوانی می باشد اما فشار شکست بدست آمده از پروسه شکست هیدرولیکی دارای اهمیت فراوانی است، از این جهت که این فشار به تنش های برجای محیطی ارتباط پیدا می کند. در شکست هیدرولیکی سیال در طی زمان، به درون یک گمانه تزریق می شود تا زمانیکه فشار آن به حدی برسد که در جدار گمانه شکست کششی رخ دهد. فشار سیال درون گمانه، در لحظه رخداد شکست را فشار شکست می گویند که معادل است با نقطه پیک بدست آمده از منحنی فشارزمان. روابط ساده و کلاسیکی وجود دارد که فشار شکست را به تنش های برجای محیطی ارتباط می دهد و تخمین تنش های برجا از چالش های مهم در ژئومکانیک می باشد. در این مقاله به مدل سازی شکست هیدرولیکی با استفاده از شبکه تفاضل محدود پرداخته می شود. مدلسازی به صورت دوبعدی با فرض کرنش مسطح می باشد. هدف از مدلسازی بررسی بر روی پارامترهای موثر بر فشار شکست می باشد، پارامترهایی که در روابط کلاسیک وجود ندارند اما موثر بر فشار شکست هستند. پس از صحت سنجی مدل و مطابق با نتایج این مقاله فشار شکست نه تنها به تنش های برجا و مقاومت کششی سنگ ارتباط دارد، بلکه شعاع گمان های که در آن شکست انجام می شود و ترک های از قبل موجود در جدار گمانه پارامترهایی موثر در شکست هیدرولیکی و فشار شکست هستند. تغییرات شعاع گمانه در حالت تنش های برجای همسان، تاثیری بر فشار شکست ندارد، اما در حالت تنشهای ناهمسان، افزایش شعاع گمانه موجب کاهش فشار شکست میشود و با افزایش تنش انحرافی (اختلاف بین تنش های برجا،) نرخ کاهش فشار شکست نیز افزایش می یابد.

Effective Parameters on Breakdown Pressure in Hydraulic Fracturing, Modeling with Finite Difference Method

Although hydraulic fracturing has many applications, but breakdown pressure from hydraulic fracturing process is very important, since this pressure is related to the in situ stresses. The hydraulic fracturing fluid over time, injected into a borehole until it reaches to the limit such that tensile fractures occur in the wellbore wall. At the moment of occurrence of fracture, fluid pressure within the wellbore, said the breakdown pressure that is equivalent to the peak point of the pressuretime curve. There are simple and classical relations that related breakdown pressure to the in situ stresses. Estimation of insitu stresses is a major challenge in Geomechanic. In this paper, the finite difference modeling of hydraulic fracturing will be discussed. Modeling is base on twodimensional plane strain assumptions. The purpose of the modeling is to study on parameters affecting the breakdown pressure, parameters that do not exist in the classical relations but affect the breakdown pressure. After validation of the model and in accordance with the results of this paper, breakdown pressure not only is related to the insitu stresses and rock tensile strength but also wellbore radius and preexisting cracks in the wall of the wellbore are parameters that involved in hydraulic fracturing and breakdown pressure. For isotropic in situ stresses variation of wellbore radius don’t effect on the breakdown pressure but for nonisotropic in situ stresses with increasing wellbore radius breakdown pressure decreases and with increasing deviatoric stresses (difference between in situ stresses), the rate of breakdown pressure reduction increases.