مکانیسم شروع و گسترش شکست با استفاده از یک سیستم آزمایش شکافت هیدرولیکی سه محوره بر روی نمونه‎هایی از بلوک‌های سیمانی

در این مطالعه مجموعه‌ای از آزمایش‌ها با استفاده از یک سیستم شکافت هیدرولیکی سه محوره واقعی به منظور بررسی مکانیسم شروع و گسترش شکافت هیدرولیکی بر روی نمونه‌های سیمانی شکاف‌دار و فاقد شکاف در شرایط رژیم تنش نرمال و تکتونیکی انجام شد و تاثیر میدان تنش و شکاف‌های طبیعی بر روی شروع و گسترش شکاف هیدرولیکی مورد بحث قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که تمرکز تنش در اطراف چاه به میزان مشخصی، فشار شکست در سنگ را افزایش می‌دهد. به‌گونه‌ای که وجود شکاف طبیعی در دیواره چاه این تمرکز تنش را از بین برده و منجر به کاهش فشار شروع شکست به حدود دو سوم  فشار در نمونه‌های بدون شکاف طبیعی شده است. همچنین دو نوع برهم‌کنش میان شکافت هیدرولیکی و شکاف طبیعی (شکاف موجود) در نمونه‌های شکاف‌دار مشاهده شد که عبارتند از قطع‌شدگی و بازشدگی شکاف طبیعی. در شرایط رژیم تنش نرمال، شکافت هیدرولیکی شکاف موجود را قطع کرده و از آن عبور می‌نماید. در صورتی‌که در شرایط رژیم تنش تکتونیکی به‌علت افزایش برهم‌کنش میان شکافت هیدرولیکی و شکاف موجود حتی در تنش تفاضلی بالا، شکافت هیدرولیکی با باز شدن شکاف موجود به دام افتاده و قادر به عبور از آن نمی‌باشد.

Mechanism of Fracture Initiation and Propagation Using a Triaxial Hydraulic Fracture Test System on the Cement Blocks

In this study, a series of laboratory tests using a real Triaxial Hydraulic Fracture System were performed to investigate the mechanism of fracture initiation and propagation on thecement blocks in different reservoirs in normal and tectonic stress regimes. The influences of crustal stress field, confining pressure, and natural fractures on the fracture initiation and propagation were discussed. Experimental results demonstrate that stress concentration around the hole would significantly increase the fracture pressure of the rock. At the same time, natural fractures in the borehole wall would eliminate the stress concentration, which leads to a decrease about two thirds in the fracture initiation pressure. Two interaction types between induced fractures with prefracture were observed including crossing and opening the preexisting fracture. In a normal stress regime, hydraulic fracture crossed the prefracture. But in tectonically stressed or shallow reservoirs, due to high interaction between hydraulic and natural fractures, hydraulic fracture was arrested by opening of the prefracture.