مطالعه عددی تاثیر فشار سیال بر رفتار ترک گسترده در پوش سنگ مخازن ذخیره سازی گاز

Abstract

از جمله مسائل چالشی در حوزه مهندسی نفت، اطمینان از یکپارچگی پوش‌سنگ است. به طوری که با استحصال یا ذخیره‌سازی مواد هیدروکربوری، فشار حفره‌ای داخل مخزن تغییر کرده و ضمن باز توزیع تنش­ها، باعث ایجاد زون‌های آسیب دیده در پوش‌سنگ و نشت از آن می‌گردد. بنابراین، هدف اصلی در این مقاله، توسعه مدلی از پوش‌سنگ بوده تا از یک طرف بتواند المان‌های آسیب دیده به واسطه ایجاد ترک را شناسایی نموده و از طرف دیگر تأثیر فشار سیال داخل ترک بر توسعه ترک خوردگی را لحاظ نماید. بدین منظور از رویکرد ترک گسترده استفاده شده است. مطالعه تأثیر نفوذ سیال بر چگونگی رشد و توسعه ترک، همواره به عنوان چالشی جدی در مطالعه ترک مطرح بوده است؛ زیرا مدل‌سازی چنین فرایندی مستلزم انجام برنامه­نویسی حرفه‌ای و پیچیده برای ترک گسترده و یا جایگزین کردن ترک منفصل در نرم­افزارهای تجاری است. از این رو در این مقاله تأثیر فشار سیال در رشد ترک گسترده بر اساس تحلیل غیرخطی دینامیکی و کدنویسی در محیط برنامه‌نویسی فرترن مورد مطالعه قرار گرفته و بر اساس نرم‌افزار تجاری آباکوس اعتبارسنجی گردیده است. نتایج نشان داد که نه تنها جواب‌های حل مسئله از هر دو روش، تطابق خوبی داشته بلکه با ورود سیال به داخل ترک، بازشدگی ترک نیز به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد. چنان که با افزایش میزان بار، ناحیه ترک خورده، گسترده تر شده به نحوی که برای بار 240 کیلونیوتن، ترک‌ها در فاصله 1 متری و برای بار 300 کیلو نیوتنی ترک‌ها در فاصله 5/2 متری از تکیه‌گاه، تیر یک سر گیردار ایجاد شد. همچنین با افزایش فشار سیال از صفر به 05/0 و 1/0 مگاپاسکال، میزان بازشدگی ترک (که همان افزایش کرنش سازه پس از ایجاد ترک می­باشد)، از 15 تا 25 درصد، در مقایسه با حالت بدون اعمال فشار سیال در ترک افزایش می­یابد؛ که این نتیجه با واقعیت موجود منطبق است. از طرفی براساس نتایج حاصله، در گام‌های محاسباتی یکسان، با افزایش فشار سیال، مقدار باربرداری در کرنش‌های بزرگ‌تری حادث شده، که این مهم نیز به دلیل افزایش بازشدگی دهانه ترک می­باشد. نتایج مربوط به تاریخچه­ی مقادیر تنش در نقطه گوسی از یک طرف نشان می­دهند که در کدام گام محاسباتی، نقاط مورد نظر درگیر بارگذاری، باربرداری، کشش یا فشار می­باشند و از طرفی دیگر گویای این واقعیت هستند که با افزایش فشار سیالِ داخل ترک، میزان تنش مؤثر کاهش می­یابد.