Abstract

We assess the possibility of decreasing the breakdown pressure of rock and increasing the damage around hydraulic fracture by using pre-breakdown cyclic injection during hydraulic fracturing under triaxial stress conditions. Unlike the monotonous increase in pressure used in conventional hydraulic fracturing, the fluid is injected in cycles until breakdown. During cyclic injection, the peak pressure of each cycle is increased in an increment of 10% of the reference breakdown pressure. The reference breakdown pressure of the rock is the pressure at which the rocks fails during hydraulic fracturing by conventional injection.

To obtain a reference breakdown pressures, specimens of dry and saturated Tennessee sandstone were hydraulically fractured by conventional injection. The decrease in breakdown pressure and increase in damage during cyclic injection is quantitatively compared with the case of conventional hydraulic fracturing. Acoustic emission (AE), fracture permeability, and Scanning Electron Microscope (SEM) images of the fracture surface were used to compare the damage around hydraulic fractures generated by conventional and cyclic injection hydraulic fracturing. Laboratory results indicate that the damage generated around hydraulic fracture by cyclic injection hydraulic fracturing of dry Tennessee sandstone is approximately twice that generated by conventional injection. Also, the breakdown pressure recorded during cyclic injection fracturing of dry Tennessee sandstone is lower and varies more than two standard deviations from that of conventional injection.

نمونه ترجمه مقاله:دانلود ترجمه مقاله شکستگی هیدرولیکی

1. مقدمه

شکست هیدرولیکی یک تکنیک شبیه‌سازی است که سیال تزریقی، رشته‌ای از مخلوط‌ها که معمولاً متشکل از آب، افزودنی‌های شیمیایی و پروپانتند، درون سوراخ مته تحت‌فشار قرار‌ می‌گیرد. به سبب این فشار، ترک‌ها شروع به شکل‌گیری‌ می‌کنند. آغاز ترک‌خوردگی تسلیم اولیه سنگ بدون ورود سیال تعریف‌ می‌شود. پس از آغاز ترک‌خوردگی، جدایی اتفاق‌ می‌افتد که فشار آن فشار بیشینه ثبت‌شده است. جدایی تحت تأثیر نفوذ سیال تزریقی داخل ترک تازه و تراکم‌پذیری سیستم است. بنابراین، افت ناگهانی فشار پس از فشار فروپاشی دیده‌ می‌شود. ترک ایجادشده به جریان سیال تزریقی ورودی به داخل حجم بزرگ‌تری با ساختار هدف کمک‌ می‌کند. به‌طورکلی، فشار فروپاشی باید بر تمرکز تنش درجای پیرامون جداره سوراخ مته و هم‌چنین مقاومت کششی سنگ غالب باشد. هابرت و ویلیس رابطة فشار فروپاشی سنگ نفوذناپذیر را به این صورت ارائه دادند:

صورت اصلاح‌شده این معادله را‌ هایمسون و فایرهارست جهت منظور کردن اثرات پوروالاستیک منتشر کردند:

در اینجا Pbu و Pbl به ترتیب کران‌های بالا و پائین فشار فروپاشی، To مقاومت کششی، P فشار حفره‌ای،  و به ترتیب تنش‌های اصلی افقی بیشینه و کمینه،  تنش قائم و است که در آن  ضریب بایوت و v ضریب پوآسون است. کاهشی در مقاومت کششی سنگ منجر به کاهش فشار فروپاشی‌ می‌شود. پس از شروع ترک‌خوردگی، ترک‌ها منتشر‌ می‌شوند که ناحیه رشد تدریجی را حول آن ایجاد‌ می‌کنند. در این مقاله، ناحیه رشد تدریجی حد ریز ترک‌خوردگی در مجاورت شکست هیدرولیکی یا حد آسیب ناشی از شکست و مرتبط با شکست هیدرولیکی است (شکل 1). انتقال‌پذیری هیدروکربن به جداره سوراخ مته با افزایش عرض ناحیه رشد تدریجی بیشتر‌ می‌شود.

اراسلان (4) و میغانی (5) از کاهش مقاومت کششی سنگ در اثر بارگذاری تناوبی در آزمایش‌های برزیلی خبر دادند. میغانی (5) ترک‌های بین‌دانه‌ای بیشتری در تصاویر SEM در سنگی که تحت بارگذاری تناوبی آزمایش‌شده بود مشاهده کرد. اگر کاهش مقاومت کششی در اثر بارگذاری تناوبی به دلیل تزریق تناوبی در شکست هیدرولیکی رخ دهد،‌ می‌تواند کاهش فشار فروپاشی را به دنبال داشته باشد. هالس آشکار ساخت که تزریق تناوبی قبل و بعد فروپاشی باعث بهبود شکست هیدرولیکی معمولی می‌شود. او پیشنهاد کرد قبل از فشار فروپاشی که برای تضعیف شکل و ساختار انتخاب‌شده می‌باشد، از یک سری شوک‌های فشاری استفاده شود و این امر باعث تکثر شکست‌ها می‌شود. شوک‌های فشاری در حفره‌ها (چاه‌ها) با استفاده از یک چکش هوا یا یک پیستون به کار گرفته می‌شوند.