توزیع تنش در مخازن شکاف‌دار: اثر تراکم شکستگی، بارگذاری زاویه‌دار و پارامترهای سنگ و شکستگی

حضور شکستگی‌های طبیعی در مخازن شکاف‌دار نقش مهمی در تعیین وضعیت تنش که تحت تاثیر تنش‌های تکتونیکی و آشفتگی محلی قرار دارد، ایفا می‌کند. جهت شکستگی، پایداری چاه و ناهمسانگردی تراوایی از جمله موارد وابسته به تغییرات تنش محلی هستند. امروزه برای درک بهتر رفتار ژئومکانیکی مخازن، اکثر مدل‌سازی‌های رفتار مکانیکی و هیدرولیکی با تغییرات تنش کوپل می‌شوند. در این پژوهش به منظور بررسی ارتباط بین تراکم شکستگی (به‌عنوان یکی از خواص هندسی شبکه شکستگی) و نیز بارگذاری تنش تکتونیکی زاویه‌دار، با تغییرپذیری تنش و کرنش برشی، ابتدا با استفاده از رویکرد تصادفی، شبکه شکستگی مجزا (dfn) ایجاد گردید. سپس با در نظر گرفتن ماهیت تانسوری تنش، میدان تنش با استفاده از نرم‌افزار flac2d بر پایه روش تفاضل محدود، تعیین شد. در نهایت داده‌های تنش با استفاده از روابط ریاضی مبتنی بر تانسور، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در ادامه تاثیر چهار پارامتر مقاومت کششی سنگ، چسبندگی سنگ، سفتی نرمال شکستگی و زاویه اتساع شکستگی بر پراکندگی تنش در بارگذاری تحت زوایای مختلف، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که آشفتگی تنش و واریانس موثر که معرف پراکندگی توزیع تنش است، با تراکم شکستگی که به‌صورت تعداد شکستگی بر واحد سطح با استفاده از رویکرد نمونه‌برداری پنجره‌ایی تعریف می‌شود، رابطه مستقیم دارد. همچنین مشاهده شد که جهت بارگذاری در تغییرپذیری تنش کل تاثیرگذار بوده و واریانس موثر، در زاویه بارگذاری °50 دارای بیشترین و در °170 دارای کمترین مقدار است. در میان پارامترها، مشخص گردید که سفتی نرمال بیشترین تاثیر را در توزیع تنش داشته و تاثیر پارامترهای سنگ بسیار ناچیز است. به‌طور کل می‌توان گفت توزیع و پراکندگی تنش در یک شبکه شکستگی متراکم با سفتی نرمال gpa/m 500 و زاویه بارگذاری °50، دارای مقدار بیشینه است.

Stress Distribution in Fractured Reservoirs: Effects of Fracture Density, Oblique Loading and Parameters of Rock and Fracture

The presence of natural fractures in fractured reservoirs plays an important role in determining the stress state that is affected by tectonic stresses and local perturbation. Fracture orientation, well stability and permeability anisotropy are all factors associated with local stress variations. Nowadays, to better understand the geomechanical behavior of reservoirs, most mechanical and hydraulic behavior modelings are coupled with stress variations. In this study, in order to investigate the correlation between fracture density (as one of the geometric properties of fracture network) and oblique loading of tectonic stress, with the variability of stress and shear strain, a discrete fracture network (DFN) was generated using the stochastic approach. Afterwards, considering the tensorial nature of the stress, the stress field under different conditions of tectonic stresses was determined using FLAC2D software as a finitedifference method. Finally, stress data were analyzed using tensorbased mathematical equations. Then, the effect of four parameters of (1) rock tensile strength, (2) rock cohesion, (3) fracture normal stiffness, and (4) fracture dilation angle on stress dispersion in loading at different angles were evaluated. The results showed that the stress perturbation and the effective variance, which indicate the dispersion of the stress distribution, have a direct relationship with the fracture density, which is defined as the number of fractures per area unit utilizing the window sampling approach. Moreover, the loading orientation is effective in total stress variability, and the effective variance is highest at loading angle of 50° and lowest at 170°. Among the parameters, it was found out that normal stiffness had the greatest effect on stress distribution, and the effects of the rock parameters were negligible. Overall, it can be said that the stress distribution and dispersion, in a dense fracture network with a normal stiffness of 500 GPa/m and a loading angle of 50°, have the maximum value.