Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Áp lực Khởi phát và Vị trí Khởi phát Nứt trong Các Lỗ Khoan Hình Elliptic
Tóm tắt
Do hiện tượng hư hỏng cắt do nén gây ra bởi sự tập trung ứng suất nén trong thành lỗ khoan và sự không đồng nhất của ứng suất tại chỗ, hình dạng thực tế của mặt cắt ngang lỗ khoan là hình bầu dục thay vì dạng tròn như thường được xem xét. Mục đích của bài báo này là tìm ra áp lực khởi phát nứt và vị trí khởi phát trong các lỗ khoan hình bầu dục. Để đạt được điều này, một mô hình phân tích đơn giản đã được sử dụng. Mô hình này được hình thành bằng cách kết hợp các quan hệ phân tích của sự phân bố ứng suất xung quanh các lỗ khoan hình bầu dục và tiêu chuẩn cường độ kéo của vật liệu để dự đoán sự khởi phát nứt. Theo các kết quả, nếu ứng suất tại chỗ là đồng nhất, vị trí khởi phát nứt nằm theo hướng của đường kính dài nhất của lỗ khoan, và áp lực khởi phát giảm khi tham số hình dạng tăng lên. Trong trường hợp ứng suất tại chỗ không đồng nhất, một tham số hình dạng tới hạn được xác định. Nếu tham số hình dạng nhỏ hơn giá trị tới hạn, sự khởi phát nứt trong thành lỗ khoan dọc theo ứng suất tại chỗ tối đa và áp lực khởi phát tăng khi tham số hình dạng tăng, còn nếu tham số hình dạng lớn hơn giá trị tới hạn (lên tới 0.33), sự khởi phát nứt trong thành lỗ khoan xảy ra theo hướng của ứng suất tại chỗ tối thiểu và áp lực khởi phát giảm khi tham số hình dạng tăng. Mô hình này có thể được sử dụng để ước tính áp lực khởi phát nứt và xác định vị trí khởi phát nứt trong các khoang hình bầu dục tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm.
Từ khóa
#khởi phát nứt #lỗ khoan hình bầu dục #ứng suất tại chỗ #mô hình phân tích #áp lực khởi phátTài liệu tham khảo
Aadnoy BS, Angell-Olsen F (1995) Some effects of ellipticity on the fracturing and collapse behavior of a borehole. Int J Rock Mech Min Sci Geomech 32(6):621–627. https://doi.org/10.1016/0148-9062(95)00016-A
Aadnoy BSS, Kaarstad E (2010) Elliptical geometry model for sand production during depletion. In: Paper presented at the IADC/SPE Asia Pacific drilling technology conference and exhibition. https://doi.org/10.2118/132689-MS
Aadnoy BS, Kaarstad E, Goncalves JDC (2013) Obtaining both horizontal stresses from wellbore collapse. In: SPE/IADC Drilling Conference. https://doi.org/10.2118/163563-MS
Aadnoy B, Looyeh R (2019) Petroleum rock mechanics: drilling operations and well design, 2nd edn. Gulf Professional Publishing, Houston
Bahrehdar M, Lakirouhani A (2022) Evaluation of the depth and width of progressive failure of breakout based on different failure criteria, using a finite element numerical model. Arab J Sci Eng. https://doi.org/10.1007/s13369-022-06640-9
Bahrehdar M, Lakirouhani A (2023) Effect of eccentricity on breakout propagation around non-circular boreholes. Adv Civil Eng. https://doi.org/10.1155/2023/6962648
Barry N, Whittaker NR, Singh SG (1992) Rock fracture mechanics principles design and applications. Elsevier, Amsterdam
Bunger AP, Lakirouhani A, Detournay E (2010) Modelling the effect of injection system compressibility and viscous fluid flow on hydraulic fracture breakdown pressure. In: Paper presented at the ISRM International Symposium on In-Situ Rock Stress
Chen Y, Liu Z, Zhang X, He S, Ma D, Zhou J (2020) Research on the collapse pressure of an elliptical wellbore considering the effect of weak planes. Energy Sources Part A Recovery Util Environ Effects 42(17):2103–2119. https://doi.org/10.1080/15567036.2019.1607929
Dart RL, Swolfs HS (1992) Subparallel faults and horizontal-stress orientations: an evaluation of in-situ stresses inferred from elliptical wellbore enlargements. In: Larsen RM, Brekke H, Larsen BT, Talleraas E (eds) Structural and tectonic modelling and its application to petroleum geology, vol 1. Elsevier, Amsterdam, pp 519–529. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-88607-1.50041-3
Feng Y, Jones JF, Gray KE (2016) A review on fracture-initiation and -propagation pressures for lost circulation and wellbore strengthening. SPE Drill Complet 31(02):134–144. https://doi.org/10.2118/181747-PA
Huang J, Griffiths DV, Wong S-W (2012) Initiation pressure, location and orientation of hydraulic fracture. Int J Rock Mech Min Sci 49:59–67. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2011.11.014
Hubbert MK, Willis DG (1957) Mechanics of hydraulic fracturing. Trans AIME 210(01):153–168. https://doi.org/10.2118/686-G
Ito T (2008) Effect of pore pressure gradient on fracture initiation in fluid saturated porous media: rock. Eng Fract Mech 75(7):1753–1762. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2007.03.028
Jin X, Shah SN, Roegiers J-C, Hou B (2013) Breakdown pressure determination-a fracture mechanics approach. In: Paper presented at the SPE Annual technical conference and exhibition. https://doi.org/10.2118/166434-MS
Jolfaei S, Lakirouhani A (2022) Sensitivity analysis of effective parameters in borehole failure, using neural network. Adv Civil Eng 2022:4958004. https://doi.org/10.1155/2022/4958004
Lakirouhani A, Bahrehdar M, Medzvieckas J, Kliukas R (2021) Comparison of predicted failure area around the boreholes in the strike-slip faulting stress regime with Hoek-Brown and Fairhurst generalized criteria. J Civ Eng Manag 27(5):346–354. https://doi.org/10.3846/jcem.2021.15020
Lakirouhani A, Detournay E, Bunger AP (2016) A reassessment of in situ stress determination by hydraulic fracturing. Geophys J Int 205(3):1859–1873. https://doi.org/10.1093/gji/ggw132
Liu C, Zhang D, Zhao H, Li M, Song Z (2021) Experimental study on hydraulic fracturing properties of elliptical boreholes. Bull Eng Geol Env 81(1):18. https://doi.org/10.1007/s10064-021-02531-9
Lubarda VA (2015) On the circumferential shear stress around circular and elliptical holes. Arch Appl Mech 85(2):223–235. https://doi.org/10.1007/s00419-014-0915-1
Martin CD, Martino JB, Dzik EJ (1994) Comparison of borehole breakouts from laboratory and field tests. In: Proceedings of Eurock’ 94: International symposium on rock mechanics in petroleum engineering, Delft, Balkema, Rotterdam, pp 183–190, https://doi.org/10.2118/28050-MS
Maugis D (1992) Stresses and displacements around cracks and elliptical cavities: exact solutions. Eng Fract Mech 43(2):217–255. https://doi.org/10.1016/0013-7944(92)90123-V
Muskhelishvili NI (1963) Some basic problems of the mathematical theory of elasticity, 4th edn. Noordhoff Ltd., Grogingen
Papamichos E, Liolios P, van den Hoek PJ (2004) Breakout stability experiments and analysis. In: Paper presented at the Gulf Rocks 2004, the 6th North America rock mechanics symposium (NARMS)
Qi D, Li L, Jiao Y (2018) The stress state around an elliptical borehole in anisotropy medium. J Petrol Sci Eng 166:313–323. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.03.013
Song I (1998) Borehole breakouts and core disking in westerly granite: mechanisms of formation and relationship in situ stress. Doctoral dissertation. University of Wisconsin, Madison, USA
Zhang X, Lu Y, Tang J, Zhou Z, Liao Y (2017) Experimental study on fracture initiation and propagation in shale using supercritical carbon dioxide fracturing. Fuel 190:370–378. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.10.120
Zhou Z-L, Yang D-S, Chen W-Z, Zhang X, Wu B-L, Zhang F-S (2021) Numerical study of initiation pressure in hydraulic fracturing by dual criterion for non-circular wellbore. Eng Fracture Mech 252:107804. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.107804
Zhu H, Deng J, Jin X, Hu L, Luo B (2015) Hydraulic fracture initiation and propagation from wellbore with oriented perforation. Rock Mech Rock Eng 48(2):585–601. https://doi.org/10.1007/s00603-014-0608-7
Zhu H-Y, Dang Y-K, Wang G-R, Zhou S-W, Fu Q (2021) Near-wellbore fracture initiation and propagation induced by drilling fluid invasion during solid fluidization mining of submarine nature gas hydrate sediments. Pet Sci 18(6):1739–1752. https://doi.org/10.1016/j.petsci.2021.09.026