تعیین حداقل فشار لازم برای آغاز رشد ترک، در عملیات شکست هیدرولیکی

Abstract

عملیات شکست هیدرولیکی، یکی از روش‌های افزایش بازده چاه‌های نفت و گاز محسوب می‌شود. این عملیات، فرآیندی است که در آن سیال با نرخ تزریقی نسبتاً بالا درون چاه پمپ می‌شود. عملیات پمپ کردن تا جایی ادامه می‌یابد که فشار به حدی برسد که باعث ایجاد و سپس گسترش شکافی در دیواره چاه شود. در این مقاله، هدف تعیین حداقل فشار لازم برای آغاز رشد شکاف، از محل شکاف اولیه ایجادشده در دیواره چاه، است. این بررسی از این نظر اهمیت دارد که اگر حداقل فشار لازم برای آغاز رشد شکاف مشخص باشد، می‌توان در انتخاب پمپ مورد نیاز، با دقت بیشتری عمل کرد و از هزینه های غیر لازم خودداری نمود. اما از آنجایی‌که روش شکست هیدرولیکی اساساً یک فرآیند بروز و گسترش ترک است، استفاده از مبانی مکانیک شکست می‌تواند ابزاری مناسب برای بررسی مناسب و مطالعه دقیق‌تر رفتار شکست توده‌های سنگی باشد. در این بررسی نمودارهای حداقل فشار لازم برای آغاز رشد شکاف، در حالت‌های مختلف یک چاه در حین عملیات شکست هیدرولیکی ارائه شده است. بدین منظور تعداد زیادی مدل المان محدود چاه ترک‌دار، در معرض بارگذاری‌های مختلف، مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین تأثیر پارامترهای مختلف نظیر تنش‌های ساختاری، عمق نسبی ترک اولیه ایجادشده در دیواره چاه و نیز زاویه چاه، بر حداقل فشار لازم برای آغاز و گسترش شکاف، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که مهمترین پارامتر اثرگذار بر حداقل فشار لازم، تنش افقی مینیمم در اعماق زمین است. افزایش تنش برجای افقی مینیمم، فشار شکست بیشتری را موجب می‌شود. ضمناً با ایجاد چاه مایل می‌توان با فشار پمپ کمتری، شکاف را گسترش داد.