KFUPM ePrints

Fracture toughness investigation of an indigenous limestone rock formation.

Khan, Khaqan (1998) Fracture toughness investigation of an indigenous limestone rock formation. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
5Mb

Arabic Abstract

اشتهر استعمال تقنية التفتيت الهدروليكي لإحداث تشققات في التكوينات الصخرية ، وذلك لتعزيز استخراج الزيت والغاز من المكامن ذات النفاذية المتدنية . نتائج الدراسات التحليلية لفهم هذه التقنية تتأثر جداً بقيمة معامل عسر التفتي للمواد الصخرية . معامل عسر التفتيت هو عبارة عن معيار لقياس سهولة ابتداء وانتشار الشقوق الموجودة في المادة الصخرية عندما تتعرض لضغوط خارجية . وبسبب التكاليف الباهظة للتجارب الحقلية ، تبقى الاختبارات المعملية لعينات من الصخور هي الخيار الوحيد لإيجاد قيمة صحيحة لمعامل عسر التفتيت لأي تكوين صخري ، بشرط أن تعمل هذه الاختبارات تحت ضغط ودرجة حرارة تحاكيان ما هو موجود في المكمن . وأيضاً فإن عدم وجود عينات الصخور المستخرجة من المكمن ومحدودية كميتها ، تشكلان عقبات في طريق الدراسة العملية الشاملة ، لكن هذه المشكلة يمكن حلها ، وذلك باستخدام عينات من الصخور الناتئة فوق سطح الأرض لنفس التكوين بدلاً من صخور المكمن ، وذلك لدراسة معامل عسر التفتيت . لقد عملت دراسة معملية لإيجاد عسر التفتيت باستخدام عينات من تكوين " خف " في من منطقة " الغوار " الذي يعتبر أكبر حقل في العالم لإنتاج البترول والغاز ، وذلك من مكمن متعدد المناطق . ركزت هذه الدراسة على عينات من المكمن أخذت من عمق 3.5 كم ، وكذلك على عينات من منوءات التكوين نفسه ، اختبرت تحت الظروف العادية ، وكذلك تحت الظروف الحرارية والضغطية للمكمن نفسه . لهذا الغرض استخدمت الأشكال التالية للعينات : القرض البرازيلي المحزوز تحت الضغط الفطري ، والقضيب الدائري تحت الثني بواسطة ثلاث نقاط تحميل . من الممكن استخدام نتائج الدراسة على عينات من الصخور الناتئة فوق سطح الأرض للتنبؤ بسلوك التفتيت للصخر تحت ظروف المكمن . تأثير الضغط المحيط على معامل عسر التفتيت أكبر من تأثير لاحرارة . فمعامل عسر التفتيت تحت ضغط المكمن المقدر بـ 4000 باوند/ بوصة مربعة (29 مليون باسكال) زاد بمقدار 100 إلى 250% عنه تحت الظروف العادية ، بينما زاد معامل عسر التفتيت تحت الظروف الحرارية للمكمن المقدر بـ 116 درجة مئوية بمقدار 20 إلى 50% فقط عنه تحت الظروف العادية . وبمقارنة نتائج التجارة المعملية بمعايير نظريات التفتيت ، وجد تقارب كبير خاصة مع معيار الضغط المماسي الأكبر . كما لوحظ أن مسار انتشار الشق في العينات الخبرية يتبع طريقاً يكون فيه الشد كبيراً .

English Abstract

Hydrofracturing is a well known technique used to create fractures in a rock formation in order to enhance the oil or gas recovery from a reservoir of low permeability. Results of various analytical appraoches to understand this technique are very sensitive to the fracture toughness of the rock material. Fracture toughness is a strength parameter in terms of ease of initiation and propagation of a preexisting rack subjected to some externally applied stress field. Due to high cost involved in field scale testing, laboratory based testing under reservoir simulated conditions of temperature and pressure using small core specimens remains the only alternative to have a representative value of fracture toughness of a rock formation. Nevertheless, poor quality in some cases and most of the time limited amount of core based specimens from a deep-seated formation still remains a big hurdle in a comprehensive experimental investigation. However, the problem could be addressed if the outcrop specimens, instead of reservoir, from the same geological formation could be used for fracture toughness investigation. An experimental fracture toughness investigation was carried out using specimens collected from Khuff formation in the Ghawar region, the largest oilfield in the world producing oil and gas from multi-reservoir zones. The study was focused on reservoir specimens formm a depth of 3.5 km as well as form outcrop under both ambient and reservoir simulated temperature and pressure. Notched Brazilian disk specimens under diametral compression and notched semicircular disk and circular rod specimens under three point bending were used for this purpose. The results reveal that outcrop specimens can be successfully used to predict the fracture behavior at in-situ conditions. Furthermore, the effect of confining pressure on fracture toughness was more pronounced than the temperature. The fracture toughness showed an increase of 100 to 250% over the ambient value under effective reservoir confining pressure of 28 Mpa (4000 psi); whereas an increase of only 20 to 50% under reservoir temperature of 116 oC was observed. Experimental results were in good agreement with the theoretical fracture criterion based on maximum tangential stress. Moreover, it was observed that the experimental crack propagation trajectories follow a path which is high in tensile stresses.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:April 1998
Date Type:Completion
Subjects:Civil Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Creators:Khan, Khaqan
Committee Advisor:Al-Shayea, N. A.
Committee Members:Abduljauwad, Sahel N. and Al-Amoudi, Omar S. B. and Aiban, Saad A. and Abduraheem, Abdulazeez
ID Code:10061
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:55
Last Modified:25 Apr 2011 09:59

Repository Staff Only: item control page