A numerical model to simulate fracture network induced by hydraulic fracturing for 3D shale gas reservoir with geo-stress interference

Other Title(s)

نموذج عددي لمحاكاة الشبكة التي يسببها الكسر الهيدروليكي لخزان الغاز الصخري الثلاثي الأبعاد

Joint Authors

Ren, Lan
Zhao, Jinzhou
Hu, Yongquan

Source

Journal of Engineering Research

Issue

Vol. 7, Issue 2 (30 Jun. 2019), pp.45-65, 21 p.

Publisher

Kuwait University Academic Publication Council

Publication Date

2019-06-30

Country of Publication

Kuwait

No. of Pages

21

Main Subjects

Materials Science , Minerals

Abstract AR

في الثنائي الأبعاد محاكاة نموذج حجم الخزان، يتم تحديد موقف الكسور الطبيعية فقط من زاوية تقترب، و أنها ليست سوي اللازمة للنظر في تأثير الإجهاد الرئيسي الأفقي في معيار الفشل.

في الخزان الزيتي ثلاثي الأبعاد، يجب تحديد موقع الكسر الطبيعي بزاوية الانحدار و زاوية الاقتراب مع النظر في تأثير الضغط الرأسي و الأفقي في معيار الفشل.

الاضافه إلى ذلك، فان فتح العديد من الشقوق الهيدروليكية في نفس الوقت سيؤدي إلى تغيير الإجهاد الجيولوجي، مما يتسبب في تغير ظروف الكسر الطبيعي و فشل القص من جانب الخصلة المستحثة، من أجل تحليل جيل من ثلاثه الأبعاد شبكه الكسر، و هذه الورقة يؤسس نموذجا رياضيا علي أساس ميكانيكا مرنه، و ثلاثية الأبعاد الصخرة المعيار الفشل، و القدرة علي الاختراق الكامل و المعادلة الحفاظ علي المواد، أولا، يتم إنشاء نموذج أسلوب العنصر المحدود من الإجهاد الجيولوجي الناجمة عن كسر علي أساس نموذج انتشار الكراك، و الفرق المحدودة طريقه الوحدة القائمة علي ثلاثه الابعاد السوائل التحكم في انتشار المعادلة و النفاذيه الكاملة و يستخدم تيسور لحل توزيع الضغط الخازن.

ثم يتم استخدام معايير الشد و القص الصخري ثلاثية الأبعاد لتحديد ما إذا كان قد تم اتلاف إيه وحدات شبكه، و بمجرد حدوث الشبكة في أي شكل من أشكال الفشل في الصخور، فإن نفاذيه وحده الشبكة المناظرة ستتغير أيضا بسبب تغير فتحه الكسر الطبيعي.

و أخيرا ، فإن-المكمن المحفز تمثله المنطقة التي تزداد فيها النفاذيه.

و تعرض هذه الورقة تحليل حساسية العوامل المتعددة بعد استخدام البيانات السيزمية الدقيقة للتحقق من النموذج العددي، بما في ذلك تأثير حجم السوائل المحقونة، و الكسر الطبيعي الذي يقترب من الزاوية، و زاوية الانحدار، و الإجهاد الرئيسي الأفقي الفرق علي حجم محاكاة حجم الحزان (الشكل، و الحجم، و الحدود العرض، و الطول، و آخرون)، و تظهر النتائج انه بالمقارنة بدون الإجهاد المستحث، ينخفض حجم فشل الشد، و يزيد حجم فشل القص، و يزيد إجمالي حجم الخزان المحاكي بسبب الإجهاد المستحث، و عندما يكون الإجهاد الرئيسي الراسي في الإجهاد الرئيسي الثلاثة هو الحد الأقصى، يزيد طول حجم الخزان المحاكي مع زيادات الكسور الطبيعية التي تقترب من الزاوية ، وزاوية الانحدار ، وفرق الإجهاد الرئيسي الأفقي ، ، و عرضها الذي ينخفض.

و يزيد عرضها و طولها في نفس الوقت فقط مع زيادة حجم السوائل المحقونة ؛ و يزيد حجم الخزان المحاكي مع زيادة حجم سوائل الحقن و انخفاض الكسر الطبيعي ، و لكن مع الزيادة في الكسر الطبيعي الذي يقترب من الزاوية و الاختلاف الأفقي في الإجهاد الرئيسي.

Abstract EN

In the two-dimensional simulated reservoir volume (SRV) model, the position of natural fractures is determined only by the approaching angle, and it is only required to consider the influence of horizontal principal stress in its failure criterion.

In the three-dimensional shale reservoir, the position of natural fracture needs to be determined by the dip angle and approaching angle while considering the influence of vertical and horizontal principal stress in its failure criterion.

In addition, the simultaneous opening of several hydraulic cracks will lead to the change of geo-stress, thus causing the change of the conditions of the natural fracture and shear failure by the induced tress.

in order to analyze the generation of three-dimensional fracture network, this paper establishes a mathematical model based on elastic mechanics, three-dimensional rock failure criterion, full permeability tensor, and material conservation equation.

firstly, the finite element method model of geological stress caused by fracturing is established based on the crack propagation model, and the finite difference method module based on three-dimensional fluid diffusion control equation and full permeability tensor is used to solve the reservoir pressure distribution.

Then, the three-dimensional rock tensile and shear failure criteria are used to determine whether any grid units are destroyed.

once a grid has occurred in any form of rock failure criterion, the permeability of the corresponding grid unit will also change due to the change of natural fracture opening.

finally, the stimulated reservoir volume is represented by the region of increased permeability.

this paper presents the sensitivity analysis of the multi-factor after using the micro-seismic data to validate the numerical model, including the influence of injected fluid volume, natural fracture approaching angle, dip angle and horizontal principal stress difference on the size of SRV (shape, size, border width, length, etc.).

results show that, compared to without the induced stress, the tensile failure volume decreases and the shear failure volume increases, while the total SRV increases due to the induced stress.

when the vertical principal stress in the three-principal stress is maximum, the length of the SRV increases with the increase of natural fracture approaching angle, dip angle and horizontal principal stress difference, but its width decreases.

Its width and length increase at the same time only with the increase volume of injected fluid; the size of SRV increases with the increase of the injection fluid volume and the natural fracture dip, but decreases with the increase of the natural fracture approaching angle and horizontal principal stress difference.

American Psychological Association (APA)

Hu, Yongquan& Zhao, Jinzhou& Ren, Lan. 2019. A numerical model to simulate fracture network induced by hydraulic fracturing for 3D shale gas reservoir with geo-stress interference. Journal of Engineering Research،Vol. 7, no. 2, pp.45-65.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1494961

Modern Language Association (MLA)

Hu, Yongquan…[et al.]. A numerical model to simulate fracture network induced by hydraulic fracturing for 3D shale gas reservoir with geo-stress interference. Journal of Engineering Research Vol. 7, no. 2 (Jun. 2019), pp.45-65.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1494961

American Medical Association (AMA)

Hu, Yongquan& Zhao, Jinzhou& Ren, Lan. A numerical model to simulate fracture network induced by hydraulic fracturing for 3D shale gas reservoir with geo-stress interference. Journal of Engineering Research. 2019. Vol. 7, no. 2, pp.45-65.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1494961

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

Includes bibliographical references : p. 62-64

Record ID

BIM-1494961