بررسی تئوری و مفهومی نقش ژئوشیمی آب منفذی در تخمین فشار شکست با مدل های مرسوم در عملیات شکافت هیدرولیکی

فشار شکست سنگ پارامتری کلیدی در طراحی عملیات شکافت هیدرولیکی می باشد. فاکتور های خواص سنگ (مکانیکی و پتروفیزیکی)، خواص سیال، میدان تنش های برجا و فشار منفذی عوامل موثر بر فشار شکست را شامل می شوند. براساس داده های میدانی، ترکیب یونی آب منفذی و برهم کنش های ژیوشیمیایی در نقاط مختلف یک سنگ مخزن تحت یک میدان تنش یکسان، می تواند متفاوت باشند. بنابراین در این نقاط، فشار شکست نیز می تواند متفاوت رفتار کند. به کمک مدل های تیوری مختلف می توان فشار شکست را تخمین زد. اما در روابط این مدل ها اثر تعامل ژیوشیمایی آب منفذی-سنگ مستقیما دیده نمی شود. همچنین دقت تخمین فشار این روابط کماکان چالش برانگیز است. در این مطالعه با استفاده از نتایج پژوهش های پیشین، دقت مدل های مرسوم تخمین فشار شکست و اثرات احتمالی شیمی آب مخزن بر فشار شکست بررسی گردید. همچنین مدل جدیدی با مفهوم تنش موثر در قالب فشار انفصال دانه-به-دانه و به کارگیری اصل برهم نهی توزیع تنش های اطراف دیواره چاه توسعه یافت. بر اساس نتایج، اکثر مدل های مرسوم تخمین فشار شکست در عملیات شکافت هیدرولیک ناموفق هستند. به عنوان مثال، خطای متوسط مدل بسیار مرسوم هابرت-ویلیس حدود 34.7% می باشد. همچنین این بررسی نشان می دهد که شیمی آب منفذی بر ترشوندگی و فشار شکست سنگ به دلیل مشارکت نیروهای بین سطحی طبق تیوری Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) اثر دارد. اما میزان و نحوه تاثیر ترشوندگی (آب-دوستی یا نفت-دوستی) سنگ کربناته بر فشار شکست سنگ به واسطه تغییر استحکام سنگ مبهم و به نحوه جایگیری فازهای ترکننده در سطوح تماس دانه های سنگ وابسته می باشد. نتایج مدل مفهومی نشان داد که با افزایش غلظت یون سولفات موجود در آب منفذی سنگ کربناته ریزدانه (گچی (Chalk))، فشار شکست سنگ کاهش می یابد.