توزیع تنش در مخازن شکاف‌دار: اثر تراکم شکستگی، بارگذاری زاویه‌دار و پارامترهای سنگ و شکستگی

Abstract

حضور شکستگی‌های طبیعی در مخازن شکاف‌دار نقش مهمی در تعیین وضعیت تنش که تحت تأثیر تنش‌های تکتونیکی و آشفتگی محلی قرار دارد، ایفا می‌کند. جهت شکستگی، پایداری چاه و ناهمسانگردی تراوایی از جمله موارد وابسته به تغییرات تنش محلی هستند. امروزه برای درک بهتر رفتار ژئومکانیکی مخازن، اکثر مدل‌سازی‌های رفتار مکانیکی و هیدرولیکی با تغییرات تنش کوپل می‌شوند. در این پژوهش به منظور بررسی ارتباط بین تراکم شکستگی (به‌عنوان یکی از خواص هندسی شبکه شکستگی) و نیز بارگذاری تنش تکتونیکی زاویه‌دار، با تغییرپذیری تنش و کرنش برشی، ابتدا با استفاده از رویکرد تصادفی، شبکه شکستگی مجزا (DFN) ایجاد گردید. سپس با در نظر گرفتن ماهیت تانسوری تنش، میدان تنش با استفاده از نرم‌افزار FLAC2D بر پایه روش تفاضل محدود، تعیین شد. در نهایت داده‌های تنش با استفاده از روابط ریاضی مبتنی بر تانسور، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در ادامه تأثیر چهار پارامتر مقاومت کششی سنگ، چسبندگی سنگ، سفتی نرمال شکستگی و زاویه اتساع شکستگی بر پراکندگی تنش در بارگذاری تحت زوایای مختلف، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که آشفتگی تنش و واریانس مؤثر که معرف پراکندگی توزیع تنش است، با تراکم شکستگی که به‌صورت تعداد شکستگی بر واحد سطح با استفاده از رویکرد نمونه‌برداری پنجره‌ایی تعریف می‌شود، رابطه مستقیم دارد. همچنین مشاهده شد که جهت بارگذاری در تغییرپذیری تنش کل تأثیرگذار بوده و واریانس مؤثر، در زاویه بارگذاری °50 دارای بیشترین و در °170 دارای کمترین مقدار است. در میان پارامترها، مشخص گردید که سفتی نرمال بیشترین تأثیر را در توزیع تنش داشته و تأثیر پارامترهای سنگ بسیار ناچیز است. به‌طور کل می‌توان گفت توزیع و پراکندگی تنش در یک شبکه شکستگی متراکم با سفتی نرمال GPa/m 500 و زاویه بارگذاری °50، دارای مقدار بیشینه است.

Keywords

• تغییرپذیری تنش
• آشفتگی تنش محلی
• واریانس مؤثر
• بارگذاری زاویه‌دار
• تراکم شکستگی