مدل‌سازی عددی شکست هیدرولیکی با استفاده از نرم‌افزار المان محدود اباکوس و تعیین عوامل موثر بر فشار شروع شکست

شکست هیدرولیکی به عنوان روشی برای تحریک مخازن نفتی به عوامل مختلفی بستگی دارد. از آنجا که عملیات شکست هیدرولیکی بسیار پرهزینه می‌ باشد. پیش‌ بینی چگونگی پیشرفت عملیات و همچنین پیش‌ بینی فشار مورد نیاز شکست برای تعیین پمپ مناسب قبل از عملیات در سایت بسیار حائز اهمیت می ‌باشد. در پژوهش حاضر به مدل ‌سازی عددی شکست هیدرولیکی در 4 حالت مختلف در نرم‌افزار المان محدود اباکوس و مقایسه نتایج حاصل با مدل ‌سازی آزمایشگاهی آن به منظور یافتن فشار شکست پرداخته شده است. سپس تحلیل حساسیت با استفاده از نرم‌افزار اباکوس به منظور بررسی تاثیر تغییر پارامترهای مختلف بر روی فشار شکست انجام شد. این پارامترهای ورودی که در واقع داده‌ های چاه می‌ باشند شامل مدول الاستیسیته، تنش جانبی، تنش محوری، مقاومت کششی و نسبت پواسون می ‌باشند. نتایج نشان می ‌دهد که تنش جانبی و مقاومت کششی بیشترین تاثیر را بر روی فشار شکست دارند و تاثیر پارامترهایی مثل تنش محوری و مدول یانگ در تعیین فشار شکست بسیار ناچیز است. در این تحقیق مدل‌‌ سازی انجام شده مشابه مدل های آزمایشگاهی می باشد و نمونه ‌ها به صورت بکر و بدون هیچ ترک اولیه طراحی شده اند. نتایج حاصل از مدل ‌سازی عددی اختلاف کمی با مدل ‌سازی آزمایشگاهی داشتند، این اختلاف در آزمایش‌ های 1 و 4 کمتر از 1 درصد، در آزمایش 2 این اختلاف 13 و در آزمایش 3 این اختلاف 15 درصد محاسبه شده است. جهت ترک‌ های ایجاد شده با آنچه از قبل در موارد تئوری بیان شده بود و آنچه در مدل ‌سازی آزمایشگاهی حاصل شد هم خوانی داشت. ترک ‌های حاصل در راستای محور گمانه و عمود بر تنش جانبی به وجود آمدند. با توجه به نتایج حاصل می ‌توان از مدل‌ سازی عددی جهت توسعه عملیات شکست هیدرولیکی استفاده کرد.

numerical modeling of hydraulic fracturing using abaqus finite element software and determining the factors affecting the fracture initiation pressure

hydraulic fracture as a method to stimulate oil reservoirs depends on various factors. since the hydraulic fracture operation is high-priced, predicting how the operation will progress and the required fracture pressure to determine the appropriate pump before the operation on the site is very important. in the current research, numerical modeling of hydraulic fracture in 4 different modes in abaqus finite element software and comparing the results with it's laboratory modeling to find the fracture pressure has been done. then, sensitivity analysis was performed using abaqus software to investigate the effect of changing different parameters on the fracture pressure. these, input parameters, which are actually well data, include modulus of elasticity, horizontal stress, vertical stress, tensile strength and poisson's ratio. the results show that the horizontal stress and tensile strength have the greatest effect on the fracture pressure, and the effect of parameters such as vertical stress and young's modulus in determining the fracture pressure is very insignificant. in this research, the conducted modeling is similar to the laboratory models, and the samples are designed in pristine form without any initial cracks. the results of the numerical modeling had a slight difference from the laboratory modeling. this difference was calculated to be less than 1% in tests 1 and 4; in test 2, this difference was 13% and in test 3, this difference was 15%. the direction of the created cracks was in line with what was previously stated in the theoretical cases and what was obtained in the laboratory modeling. the resulting cracks appeared along the axis of the borehole and perpendicular to the horizontal stress. according to the results, numerical modeling can be used to develop hydraulic fracture operations.