کاربرد روش المان محدود توسعه یافته برای شبیه سازی مکانیزم شروع و انتشار ترک در فرایند شکست هیدرولیکی

روش اجزای محدود توسعه یافته (XFEM) یک روش عددی قدرتمند برای شبیه سازی شروع و گسترش ترک به ویژه در مخازن نامتعارف هیدروکربنی مانند شیل و سازندهای گاز چگال (tight gas) است. این مطالعه از روش XFEM برای بررسی فرایند گسترش ترک های هیدرولیکی استفاده می کند و به طور خاص بر تاثیر هندسه ترک، از جمله طول و زاویه اولیه آن، بر رفتار شکست تمرکز دارد. برخلاف مطالعات قبلی که عمدتا به اعتبارسنجی قابلیت کلی XFEM در شبیه سازی شکست هیدرولیکی پرداخته اند، پژوهش حاضر به درک تاثیر تغییرات هندسی ترک بر ضرایب شدت تنش (SIF)، میدان جابجایی و مسیر گسترش ترک متمرکز است. در این تحقیق به جای تاکید بر مزایای عددی شناخته شده XFEM، توانایی این روش در مدل سازی برهم کنش های پیچیده بین ترک و سنگ در محیط های ناهمگن و با تراوایی پایین مورد توجه قرار گرفته است. چارچوب XFEM امکان بررسی دقیق رشد ترک های ناشی از فشار سیال تحت شرایط مختلف مکانیکی و هندسی را فراهم می کند. نتایج نشان می دهند که افزایش طول ترک منجر به افزایش ضرایب شدت تنش و مقادیر جابجایی شده و در نتیجه، گسترش ترک را تسریع می کند. علاوه بر این، زاویه اولیه ترک تاثیر قابل توجهی بر مسیرهای گسترش دارد، به طوری که ترک ها تمایل دارند به سمت نواحی با بیشترین تمرکز تنش تغییر مسیر دهند. این یافته ها بینش های مهمی درباره مکانیک شکست در محیط های نامتعارف ارائه می دهند و تعامل پیچیده میان هندسه ترک، توزیع تنش و نیروهای هیدرولیکی را آشکار می سازند. به طور کلی، این مطالعه توان بالقوه XFEM را به عنوان یک ابزار مدل سازی دقیق و قابل اعتماد برای بهینه سازی طراحی شکست هیدرولیکی و افزایش بهره وری برداشت از مخازن نامتعارف تایید می کند. در مطالعات آینده، پیشنهاد می شود تاثیر حرارت (thermal) بر رفتار ترک نیز مدنظر قرار گیرد، چرا که تغییرات دمایی می توانند به طور چشمگیری بر میدان های تنش، ویژگی های ماده و رشد ترک در شرایط اعماق زمین تاثیرگذار باشند.

کلیدواژه ها:

روش المان محدود توسعه یافته ، معیار شکست BK ، شروع ترک ، شکست هیدرولیکی ، انتشار ترک