عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی عددی شروع و گسترش شکستگی های هیدرولیکی چند گانه به روش سی زد ام مبتنی بر ایکس اف ای ام به منظور تعیین فاصله مناسب دسته های مشبک کاری
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-استخـراج معدن
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3229;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74476
- تاریخ دفاع
- ۱۰ اسفند ۱۳۹۴
- دانشجو
- رسول شیخملی
- استاد راهنما
- حسین معماریان
- چکیده
- در طول سه دهه گذشته، مخازن شیل گازی به عنوان منابع بسیار بزرگ هیدروکربوری شناخته شده‌اند. متاسفانه، به دلیل نفوذپذیری بسیار پایین آنها، سازوکار‌های طبیعی نمی‌توانند پاسخگوی تولید اقتصادی از آنها باشند. بدین منظور، رویکرد امروز? صنعت نفت و گاز حفر چاه‌های افقی و انجام عملیات شکافت هیدرولیکی چندمرحله‌ای است. در هر مرحله، شکستگی‌های چندگان? شروع شده از دسته‌های مشبک کاری، گسترش می‌یابند. هدف از این عملیات، ایجاد شبکه‌ای از شکستگی‌ها به منظور بیشینه کردن سرعت تولید است. به دلیل اثر سایه تنش، دسته‌های مشبک کاری نمی‌توانند از یک فاصل? مشخصی به یکدیگر نزدیک‌تر شوند، بنابراین طراحی مناسب برای فاصله‌بندی دسته‌ها الزامی است. از آنجایی که ماهیت عملیات شکافت هیدرولیکی پیچیده است، برای شبیه‌سازی رفتار آن از روش‌های عددی استفاده می‌شود. در این پایان‌نامه از مدل ناحیه چسبند? مبتنی بر المان محدود توسعه یافته در نرم‌افزار اباکوس استفاده شده است. برای اعتبارسنجی نتایج حاصل از شبیه‌سازی گسترش شکستگی منفرد، از روابط تحلیلی مجانبی مبتنی بر قانون مقیاس گذاری استفاده شده است. نتایج عددی و تحلیلی در دو مدل کرنش صفحه‌ای و شعاعی در رژیم‌های گسترش ذخیره سیال شکافت-چقرمگی سنگ و ذخیره-گرانروی سیال شکافت، تطابق بسیار خوبی داشتند. در این پایان‌نامه، گسترش شکستگی‌های چندگان? حاصل از دسته‌های مشبک‌کاری، در یک مرحله از عملیات شکافت هیدرولکی چندمرحله‌ای در شیل گازی مارسلوس در نظر گرفته شد. برای تعیین فاصله‌بتدی مناسب دسته‌های مشبک کاری، مسائلی همچون انحراف، بازشدگی، طول و پتانسیل گسترش شکستگی‌ها در نظر گرفته شد. به دلیل نبود اطلاعات میدانی، آزمایشگاهی و هیچ روش تحلیلی برای گسترش شکستگی‌های چندگانه، به اعتبارسنجی حاصل از گسترش شکستگی منفرد اکتفا شد. با توجه به نتایج حاصل، فاصله‌بندی 30 متر برای دسته‌های مشبک‌کاری به عنوان مناسب‌ترین گزینه طراحی در سازند شیل گازی مارسلوس تعیین شد. در پایان نیز اثر تعداد دسته‌های مشبک‌کاری بر اندرکنش تنش‌ها و همچنین اثر افت جریان سیال در ورودی دسته‌ها بر چگونگی گسترش شکستگی‌های چندگانه بررسی شد. واژه‌های کلیدی: شکستگی‌های چندگانه، شیل گازی، سایه تنش، دسته‌های مشبک کاری، CZM مبتنی بر XFEM
- Abstract
- During the last three decades, shale gas reservoirs have been known as huge gas resources. Because of their very low permeability, the natural processes do not provide economic production. To compensate this, horizontal wells drilling and multi-stage hydraulic fracturing treatment are used in oil and gas industry. In each stage, multiple fractures initiated and propagated from the perforation clusters. The aim of this type treatment is to generate complex fracture networks for maximizing the rate of production. However, because of the stress shadow effects, the clusters cannot be closer than a certain distance which requires proper design. Since hydraulic fracturing is a complex problem, numerical methods are used to simulate the behavior of the fluid-driven fractures. In this study, the extended finite elements method (XFEM) which is developed based on the cohesive zone model (CZM) with pore pressure degrees of freedom has been implemented. The numerical model developed in this study is verified against asymptotic analytical solutions in the two toughness-storage and viscosity-storage propagation regimes. Results of XFEM method for both KGD and penny-shaped fracture models have been in good agreement with the analytical solution outputs. In this thesis, propagation of the multiple fractures from the perforation clusters at one stage of the multi-stage hydraulic fracturing treatment in Marcellus shale gas is assumed. To determine proper spacing of the clusters, the issues such as deviation, opening, length and potential propagation of the fractures are assumed. Due to the absence of any field or laboratories data and also the analytical method for propagation of multiple fractures, the result of propagation of single fracture was assumed to be adequate to validate. According to the results, the clusters with about 30 meters spacing were determined by a proper design in this formation. Finally, the issues such as the effect of the clusters number on stress interaction and also the effect of the fluid flow drops in the cluster's entrance on the propagation of the multiple hydraulic fractures were investigated. Keywords: multiple fractures, shale gas, stress shadow, perforation clusters, XFEM based CZM.
