ارايه مدل ترمو-هيدرو-مكانيكي آسيب براي محيط هاي سنگي متخلخل اشباع تحت ميدان تنش سه محوره

A Thermo-Hydro-Mechanical-Damage Model for Saturated Porous Medium Under Three-Axial Stress Field

تاثير توامان تنش، حرارت، فشار منفذي و آسيب بر عوامل هيدروليكي مخازن هيدروكربوري و ژيوترمال و بازدهي چاه هاي توليدي آنها نشان مي دهد طراحي واقع گرايانه فرآيند توليد از اين مخازن، نيازمند بهرهگيري از يك مدل رفتاري جامع تنش-كرنش است. در اين پژوهش با ارايه تعريف جديدي از آسيب كلي ناشي از اثرات وجود سيال با دماي بالا در محيط متخلخل، معادله رفتاري تنش-كرنش تنيده ترموهيدرومكانيكي آسيب سنگ در شرايط بارگذاري سهمحوري مرسوم بر پايه تيوري محيط موثر، مفهوم تنش موثر بايوت، تابع چگالي احتمال توزيع تواني، انتقال همرفت و رسانش ارايه شده است. نتايج نشان ميدهد: الف) با افزايش ضريب بايوت، ضريب نفوذپذيري، فشار منفذي و دما، آسيب ترموهيدرومكانيكي در سنگ افزايش مي يابد، افزايش فشار محصوركننده منجر به كاهش آسيب و در نتيجه بهبود ظرفيت باربري سنگ مي شود. ب) با افزايش دما، ميزان آسيب ترموهيدرومكانيكي كل كاهش مي يابد و مقدار حداكثر آن در كرنش هاي بزرگتر رخ ميدهد. اين در حالي استكه نرخ رها سازي انرژي منطبق بر تنشحداكثر و كرنش متناظر با آن افزايش مييابد. ج) معيار شكست ليد اصلاحشده در مقايسه با معيارهاي "موهر-كولمب" و "دراگر-پراگر"، پيش بيني واقعگرايانهتري را از رفتار تنيده ترموهيدرومكانيكي در آسيب سنگ ارايه ميدهد. از نتايج اين پژوهش چنين استنباط ميشود كه درنظر گرفتن مفهوم تنش موثر بايوت و آسيب همرفت در كنار تابع توزيع تواني، منجر به ارايه پيش بيني هاي دقيقتري از پاسخ تنيده ترموهيدرومكانيكي- آسيبسنگها خواهد شد.

Coupling effects of stress, temperature, pore pressure and damage on hydraulic parameters of hydrocarbon and geothermal reservoirs and their production wells show that the realistic design of the production process from these reservoirs requires a comprehensive stress-strain behavioral model. In this study, through presenting a novel definition of total damage due to the effects of high temperature fluid in porous medium, a coupled stress-strain thermo-hydro-mechanical-damage behavioral model of rock in three-axial loading condition is performed based on the effective medium theory, the concept of Biot effective stress, power probability density function and convection and conduction heat transfer. Results show that: A) Increasing Biot effective stress coefficients, rock permeability, pore pressure and temperature leads to the augmentation of the coupled thermo-hydro-mechanical damage while the increase in confining pressure reduces damage thus improves rock bearing capacity. B) As temperature increases, total thermo-hydro-mechanical damage rate decreases and its peak occurs at larger strains, C) Modified Lade failure criterion provides a more realistic prediction from coupled thermo-hydro-mechanical-damage behavior compared with Mohr-Coulomb and Dragger-Prager failure criteria. Generally, it is concluded that taking into account the concept of Biots effective stress and convection heat transfer along with power distribution function will lead to more accurate predictions of the coupled thermo-hydro-mechanical-damage model.