مطالعه آزمایشگاهی اثر تنش حرارتی بر فشار شکست هیدرولیکی ماسه سنگ لوشان

در صنعت نفت برای افزایش شاخص تولید و بازیافت از چاه‌هایی که به علت برداشت طولانی مدت، بازده آن کاهش یافته است یا سنگ‌های اطراف چاه میزان نفوذپذیری کمی دارند از شکست هیدرولیکی استفاده می‌شود و چون عملیات شکست هیدرولیکی پرهزینه است، به دست آوردن فشار لازم برای شکست هیدرولیکی و تعیین پمپ مناسب برای این عملیات، برای مجریان پروژه اهمیت به سزایی دارد. در این تحقیق از نمونه‌های ماسه‌سنگ منطقه لوشان برای مطالعه استفاده شد و تاثیر تنش حرارتی روی فشار شکست هیدرولیکی ماسه سنگ مورد بررسی قرار گرفت. برای مدلسازی آزمایشگاهی شکست هیدرولیکی بر روی سلول سه محوری هوک تغییراتی داده شده استتا برای مدلسازی شکست هیدرولیکی مناسب‌سازی شود. نمونه‌های مورد مطالعه به شکل استوانه‌ای توخالی جدار ضخیم، دارای قطر خارجی 7/54، قطر داخلی 12 و ارتفاع 108 میلی‌مترند. برای بررسی اثر تنش حرارتی، آزمایش‌ها بر روی نمونه‌هایی که ابتدا تا دمای 100 درجه سانتی‌گراد در کوره گرم شده و سپس در آب 5، 10 و 15 درجه سانتی‌گراد سرد شده‌اند، انجام شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با کاهش دمای سرد کردن نمونه‌ها، فشار شکست هیدرولیکی کاهش می‌یابد.در عملیات شکست هیدرولیکی این کاهش فشار شکست باعث می‌شود که پمپی با ظرفیت تولید فشار کمتری خریداری شود و در نتیجه هزینه‌های عملیات کاهش یابد. تغییرات فشار شکست هیدرولیکی در اثر تنش حرارتی با تغییرات سرعت امواج طولی، وزن مخصوص خشک، مقاومت تراکم تک‌ محوری و نفوذپذیری تطابق دارد. از تصاویر سی‌تی‌اسکن نیز برای بررسی تغییرات میکرو ترک‌ها استفاده شده است، مقدار سی‌تی از 1654 هانسفیلد به 1614 هانسفیلد کاهش پیدا کرد. مقدار سی‌تی محاسبه شده از این تصاویر نیز تغییرات فشار شکست هیدرولیکی را تایید می‌کند.

Experimental Study of Thermal Stress Effect on Hydraulic Fracturing Pressure of Lushan Sandstone

Hydraulic fracturing is used in the oil industry in order to increase the index of production and processing in wells whose efficiencies have been dropped due to longterm harvest or the rocks around the well are low permeable. Since the hydraulic fracturing operation is costly, it is of special importance to determine the pressure required for hydraulic fracturing and the suitable pump for this operation to the project managers. In this research, sandstone specimens of Lushan area were used and investigated the effect of thermal stress on hydraulic fracturing pressure of sandstone. The Hoek triaxial cell was adapted for a laboratory modelling of hydraulic fracturing. The specimens under study are in the shape of thickwalled hollow cylinders with an external diameter of 54.7 mm, an internal diameter of 12 mm, and a height of 108 mm. To study the effect of thermal stress, the tests were conducted on the specimens that heated up to 100 °C in the furnace at heating process and then cooled in water 5, 10 and 15 °C. Results indicated that hydraulic fracturing pressure reduced with decreasing Cooling temperature of samples. In hydraulic fracturing operations, this decreasing fracture pressure causes the pump to be purchased at a lower pressure production capacity, resulting in lower operating costs. Hydraulic fracturing pressure changes in the effect of thermal stress were consistent with the variations of velocity of longitudinal waves, dry unit weight, uniaxial compressive strength and permeability. CT scan images were used to examine micro cracks changes in the effect of thermal stress and the CT value calculated by the images confirms hydraulic fracturing pressure variations.