مكانيسم شروع و گسترش شكست با استفاده از يك سيستم آزمايش شكافت هيدروليكي سه محوره بر روي نمونه‎هايي از بلوك‌هاي سيماني

Mechanism of Fracture Initiation and Propagation Using a Tri-axial Hydraulic Fracture Test System on the Cement Blocks

در این مطالعه مجموعه‌ای از آزمایش‌ها با استفاده از یك سیستم شكافت هیدرولیكی سه محوره واقعی به منظور بررسی مكانیسم شروع و گسترش شكافت هیدرولیكی بر روی نمونه‌های سیمانی شكاف‌دار و فاقد شكاف در شرایط رژیم تنش نرمال و تكتونیكی انجام شد و تاثیر میدان تنش و شكاف‌های طبیعی بر روی شروع و گسترش شكاف هیدرولیكی مورد بحث قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد كه تمركز تنش در اطراف چاه به میزان مشخصی، فشار شكست در سنگ را افزایش می‌دهد. به‌گونه‌ای كه وجود شكاف طبیعی در دیواره چاه این تمركز تنش را از بین برده و منجر به كاهش فشار شروع شكست به حدود دو سوم  فشار در نمونه‌های بدون شكاف طبیعی شده است. همچنین دو نوع برهم‌كنش میان شكافت هیدرولیكی و شكاف طبیعی (شكاف موجود) در نمونه‌های شكاف‌دار مشاهده شد كه عبارتند از قطع‌شدگی و بازشدگی شكاف طبیعی. در شرایط رژیم تنش نرمال، شكافت هیدرولیكی شكاف موجود را قطع كرده و از آن عبور می‌نماید. در صورتی‌كه در شرایط رژیم تنش تكتونیكی به‌علت افزایش برهم‌كنش میان شكافت هیدرولیكی و شكاف موجود حتی در تنش تفاضلی بالا، شكافت هیدرولیكی با باز شدن شكاف موجود به دام افتاده و قادر به عبور از آن نمی‌باشد.  

In this study, a series of laboratory tests using a real Tri-axial Hydraulic Fracture System were performed to investigate the mechanism of fracture initiation and propagation on thecement blocks in different reservoirs in normal and tectonic stress regimes. The influences of crustal stress field, confining pressure, and natural fractures on the fracture initiation and propagation were discussed. Experimental results demonstrate that stress concentration around the hole would significantly increase the fracture pressure of the rock. At the same time, natural fractures in the borehole wall would eliminate the stress concentration, which leads to a decrease about two thirds in the fracture initiation pressure. Two interaction types between induced fractures with pre-fracture were observed including crossing and opening the pre-existing fracture. In a normal stress regime, hydraulic fracture crossed the pre-fracture. But in tectonically stressed or shallow reservoirs, due to high interaction between hydraulic and natural fractures, hydraulic fracture was arrested by opening of the pre-fracture.