بررسی اثرات حرارتی بر گسترش شکست هیدرولیکی و پاسخ مدل عددی

در بسیاری از زمینه های ژئومکانیک از جمله شکست هیدرولیکی در مخازن نفت و گاز عمیق، استخراج انرژی زمین گرمایی صرف نظر از اثرات گرمایی می تواند موجب خطای قابل ملاحظه در نتایج شود. بهره برداری و انگیزش مخازن نفت و گاز نامتداول بشدت وابسته به کارآیی عملیات شکست هیدرولیکی (HF) اجرا شده در چاه استخراجی است. در این عملیات شبکه ای از شکستگی ها ایجاد می شود که وظیفه افزایش هدایت پذیری سازند مخزنی اطراف چاه را بر عهده دارد. این شکستگی ها موجب افزایش جریان و دبی سیال به درون چاه بخصوص در مخازن با نفوذپذیری پایین می شوند. درک صحیح و کامل رفتار HF و شکستگی های ایجاد شده و رابطه آنها با میزان افزایش بهره وری موجب کاهش هزینه های سنگین عملیات شکست هیدرولیکی می شود. در این پژوهش اثرات گرمایی بصورت کوپل بر گسترش شکست هیدرولیکی بررسی می شود. برای اینکار از روش عددی ناپیوستگی جابجایی (DDM) از زیرمجموعه های روش های المان مرزی استفاده شده است. ابتدا اثرات حرارتی بر یک مدل ترموالاستیک با وجود یک منبع حرارتی بررسی شد. مدلسازی های انجام شده نشان داد که مرزهای مدل هندسی در تحلیل های عددی حرارتی باید بسیار فراتر از مدلسازی صرفا مکانیکی باشد، چرا که اثرات حرارتی تا عمق زیادی از محل منبع حرارتی قابل پیگیری است. در ادامه مدلسازی شکست هیدرولیکی تحت اثرات دمایی نشان داد که استفاده از سرمایش مخزن می تواند در گسترش شکست هیدرولیکی بسیار مفید باشد. سرمایش سازند اطراف چاه موجب افزایش دهانه شکست ایجاد شده می شود که ارتباط مستقیم با هدایت پذیری شکستگی ها دارد و عاملی مهمی در موفقیت عملیات HF است. همچنین با استفاده از سرمایش محیطی، می توان با فشاری کمتر از فشار مورد نیاز برای غلبه بر فشار شکست به گسترش شکست هیدرولیکی پرداخت. این عامل نیز موجب کاهش هزینه های اجرایی برای تهیه پمپ های قوی و اعمال فشار کمتر بر تاسیسات درون چاهی و سر چاهی می شود.

کلیدواژه ها:

Thermal effects ، Hydraulic fracturing ، the displacement discontinuity method ، boundary effects ، Hydraulic conductivity