بررسي آزمايشگاهي تأثير تنش‏هاي محوري و محصوركننده بر شكست هيدروليكي

Experimental Investigation of Axial and Confining Stresses Influence on Hydraulic Fracturing

شكست هیدرولیكی یك روش تحریك مخزن است كه برای افزایش جریان به چاه در سازندهای با تراوایی پایین استفاده می‏شود. در این مقاله، یك مطالعه آزمایشگاهی بر روی شكست هیدرولیكی با تمركز بر روی عوامل اصلی مؤثر بر فشار شكست هیدرولیكی، صورت گرفته است. عوامل بررسی شده شامل تنش محوری و تنش محصوركننده است. از سیستم سلول سه محوره شكافت هیدرولیكی كه در دانشگاه صنعتی سهند طراحی و ساخته شده است، استفاده گردید و 31 نمونه سنگی شامل نمونه‏های مخزنی (ماسه سنگ آغاجاری، آهك آسماری و آهك سروك) و نمونه‏های غیرمخزنی (ماسه سنگ منطقه ورزقان) مورد آزمایش قرار گرفت. برای بررسی اثر سیال از سیال پایه آبی استفاده گردید برای افزایش ویسكوزیته به آن صمغ زانتان، صمغ گوار و پلیمر افزوده شد تنش محوری در سیستم استفاده شده از بالا و تنش محصوركننده از اطراف به نمونه وارد گردید. جهت شكست‏ به‌وسیله تنش‏ها (تنش محوری و محصوركننده) تعیین شده است. با افزایش تنش محصوركننده، فشار شكست افزایش و با افزایش تنش محوری، فشار شكست تا تنش محوری 10 مگاپاسكال افزایش و پس از آن كاهش یافت. شروع و گسترش شكست هیدرولیكی متأثر از نفوذپذیری و ویسكوزیته سیال شكست می‏باشد. فشار شكست برای سیال با ویسكوزیته پایین (آب)، كمتر از مقدار آن برای سیال با ویسكوزیته بالا (صمغ زانتان) است.  

Hydraulic fracturing is a reservoir stimulation technique which is used to increase the flow from low permeability formations. In this paper, the mechanism of hydraulic fracturing with a focus on factors affecting hydraulic fracturing pressure has been investigated. The effects of axial and confining stresses are examined via a triaxial cell that has been designed and made in Sahand University of Technology. To this end, thirty one rock samples including reservoir samples (Aghagari sandstone, Asmari limestone and Sarvak limestone) and non-reservoir samples (Varzaghan field sandstone) are used. Water-based mud is used to study the effect of fluid type and viscosity. Xanthan gum, Guar gum, and polymer are added to increase the viscosity of the water. Axial stress applied to the top of cylindrical sample and the confining stress applied radially. The direction of failure by stresses (axial and confining stress) is determined. The results show that the fracture pressure increases by increasing the confining stress; also, fracture pressure goes through a maximum of 10 MPa by raising the axial stress but decrease from 10 Mpa. The initiation and extension of cracks in hydraulic fracturing are influenced by the rock permeability and the fracturing fluid viscosity. The fracture pressure for low viscosity fluid (water) is less than that of high viscosity fluid (xanthan gum).