بررسی عددی تاثیر اسیدکاری بر نفوذپذیری درزه‌سنگ‌ها حین حرکت برشی

در یک توده سنگ درزه‌دار، عمدتاً نفوذپذیری از طریق شبکه‌ی درزه یا از طریق مجموعه درزه‌های به‌هم‌پیوسته که به‌صورت کانال‌های جریان درآمده‌اند، صورت می‌گیرد. بررسی وضعیت نفوذپذیری و جریان سیال درون درزه‌های سنگ یکی از پارامترهای مهم و تاثیرگذار در بسیاری از فعالیت‌های مهندسی ازجمله حفاری‌های زیرزمینی، بازیابی و استخراج از مخازن هیدروکربوری و منابع زمین‌گرمایی به شمار می‌رود. اسیدکاری درزه‌سنگ‌ها به‌منظور افزایش میزان نفوذپذیری مخازن صورت می‌گیرد و یک روش کلیدی برای افزایش بهره‌برداری منابع هیدروکربنی است. با توجه به این‌که چاه‌های نفت ایران اغلب در سازند‌های کربناتی قرار دارند، یکی از بهترین روش‌ها برای انگیزش چاه‌ها، اسیدکاری در آنها است. به همین منظور مطالعات آزمایشگاهی و عددی مختلفی باهدف بررسی تاثیر اسیدکاری بر رفتار هیدرولیکی درزه‌ها انجام‌گرفته است. درعین‌حال در اثر جابجایی درزه‌سنگ‌ها، الگوی جریان سیال و میزان جریان عبوری از درزه‌های آسیب‌دیده، تغییر می‌کند که این مورد در مطالعات انجام‌شده درگذشته با شرایط مذکور، موردبررسی قرار نگرفته و هدف اصلی این پژوهش است. در این مطالعه، نمونه‌های مختلف درزه طبیعی به‌وسیله روش کشش غیرمستقیم بر سنگ‌آهک آسماری که سنگ مخزن میدان‌های نفتی جنوب ایران می‌باشد، تهیه شده است. بعد از اسیدکاری به‌وسیله سلول اسیدکاری توسعه داده‌شده، میزان جریان عبوری سیال در شرایط اولیه اندازه‌گیری شد. یک کد عددی بر مبنای روش المان محدود در محیط متلب به‌منظور بررسی عددی تاثیر نرخ برش درزه بر رفتار هیدرولیکی درزه‌ها در شرایط قبل و بعد از اسیدکاری نیز توسعه داده ‌شده است. نتایج عددی با نتایج آزمون‌های آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش نرخ برش در هر دو شرایط قبل و بعد از اسیدکاری، میزان دبی عبوری روندی افزایشی دارد. همچنین الگوی جریان سیال با افزایش میزان برش به سمت کانالیزه شدن می‌رود. بعد از اسیدکاری سطح درزه، اختلاف ضریب زبری و زبری خطی سطوح شکستگی بیشتر شده است که باعث افزایش مقدار هدایت هیدرولیکی اولیه شکستگی می‌گردد و تغییرات دبی دارای شیب کمتری نسبت به شرایط مشابه در حالت قبل از اسیدکاری است. در برخی موارد، روند تغییرات دبی در شرایط بعد از اسیدکاری، از الگوی کلی تغییرات دبی پیروی نمی‌کند.

Numerical study of the effect of acidizing on the permeability of rock joints during shear displacement

SummaryA numerical code based on the finite element method in MATLAB software has been developed to investigate the effect of joint shear rate on the hydraulic behavior of joints in pre/postacidizing conditions. IntroductionEvaluation of permeability and fluid flow behavior in rock joints is one of the most critical and fundamental issues in many rock engineering projects. In recent years, changes in the permeability of rock joints and mechanical deformations of the rock mass with the effects of chemical reaction have been studied by HMC process. Shearflow coupling tests are generally performed under conditions where the flow direction is either parallel to the cutting direction or radially from the center of the joint sample due to the limitations of difficult laboratory conditions. One of these difficulties is the complete insulation of the sample to create a onedimensional linear flow in the direction of the shearing. Numerical simulations can eliminate laboratory difficulties with flow sealing conditions. In this paper, the influence of chemical agents on fluid flow while the shearing process is applied. Due to the difficulties of implementing this issue, modeling has been done by developing a computational code using the finite element method. Methodology and ApproachesDesigning a coupling process with simultaneous effect of hydromechanicalchemical phenomena, numerical modeling based on the finite element method has been used to study the effect of shear displacement on fluid flow rate when fracture surfaces are degraded. The hydraulic head pressure (equal to one meter of water) is applied to the flow’s input, and zero pressure is applied to the flow’s outflow to simulate and quantify the flow rate from the fracture’s left to right. The upper and lower boundaries of the fracture are also sealed. In the next step, because the fluid flow is to be examined separately in the X and Y directions, then, in each step, the flow in the conduct of outlets must be opened in the desired direction and closed in the other directions. To apply the effect of shear displacement on the flow rate, a secondary code based on the changes in the elements due to shear displacement was used and added it to the computational process of the developed primary code. The aperture values in each step are calculated and returned to the original code to calculate the flow rate step by step. Results and ConclusionsThe results show that with increasing the shearing rate in both conditions before and after acidizing, the flow rate has an increasing trend. Also, the fluid flow pattern goes channelized with an increasing shear rate. After acidizing the joint surface, the difference between the roughness coefficient and the linear roughness of the two fracture surfaces increases, which increases the initial hydraulic conductivity of the fracture, and flow changes shows a lower trend compared with the conditions in the preacid state. In some cases, the trend of discharge rates in the conditions after acidizing does not follow the general pattern of discharge rates. It seems it’s caused by closures which are created by shear displacement in the fluid flow path, forcing the fluid to change direction and find a new path to pass through the joint.