Development of Pseudo-3D Semi Analytical Fracture Propagation Model for Anisotropic Media. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF DEVELOPMENT OF PSEUDO-3D SEMI-ANALYTICAL FRACTURE PROPAGATION MODEL FOR ANISOTROPIC MEDIA .pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 21 May 2027. Download (2MB)

Arabic Abstract

يلعب التكسير الهيدروليكي دورًا محوريًا في تعزيز الإنتاج من المكامن منخفضة النفاذية. ويُعدّ النمذجة الدقيقة لعملية انتشار الكسور أمرًا أساسيًا لتحسين تصميم المعالجات ورفع إنتاجية الآبار. يقدم هذا البحث تطوير نموذج انتشار كسور شبه ثلاثي الأبعاد شبه ثلاثية شبه تحليلي يأخذ في الاعتبار تأثيرات تباين الإجهادات الافقية التي غالبًا ما يتم تبسيطها أو إهمالها في النماذج التقليدية، بهدف دراسة سلوك انتشار الكسور بدقة أكبر في التكوينات الجيولوجية المعقدة حيث يكون تباين الإجهادات حاضرًا يقوم النموذج بتحقيق وربط جميع المعادلات الحاكمة، حيث يتم توصيف جريان المائع داخل الكسر باستخدام معادلة نافير–ستوكس، مع معادلة اتزان الكتلة التي تتضمن نموذج التسرب المعروف بصياغة كارتر . كما يتم حساب عرض الكسر اعتمادًا على نظرية المرونة الخطية من خلال حل شبه تحليلي مبني على تباين الإجهادات، وهو أمر غير شائع في نماذج الكسور شبه ثلاثية الأبعاد المتوفرة أما نمو ارتفاع الكسر، فيتم التنبؤ به باستخدام منهجية اتزان الارتفاع المعتمدة على معامل شدة الإجهاد عبر عدة طبقات جيولوجية غير متماثلة. ويتم بعد ذلك تحويل المعادلة التفاضلية الجزئية غير الخطية الناتجة إلى نظام من المعادلات الجبرية باستخدام طريقة الفروق المحددة، ثم حلها تكراريًا على نطاق حسابي بحدود متحركة باستخدام تقنية نيوتن–رافسون عند كل خطوة زمنية محدد ومن خلال دمج الحلول شبه التحليلية للمرونة مع الأساليب العددية لميكانيكا الموائع، يقدم هذا النموذج نهجًا هجينًا ومميزًا يجمع بين دقة الحلول التحليلية ومرونة الطرق العددية. وأخيرًا، تم التحقق من صحة نموذج الكسور شبه ثلاثي الأبعاد المطوَّر من خلال مقارنته مع الحلول التحليلية والبرامج التجارية المتخصصة.

English Abstract

Hydraulic fracturing plays a critical role in enhancing production from low-permeability reservoirs. Accurate modelling of fracture propagation process is essential for optimizing treatment design and well productivity. This research presents development of a pseudo-3D semi analytical fracture propagation model that accounts for stress anisotropy factors often oversimplified in conventional models. To accurately study fracture propagation process in real complex geological formations where stress anisotropy is present. The model satisfies and couples all the governing equations of fluid flow governed by the Naiver–Stokes equation with a mass balance equation that incorporates Carter’s leak-off formulation. Fracture width, based on linear elasticity is calculated using a stress anisotropy-based semi-analytical width opening solution which not common at P3D fracture models available at the industry. Fracture height growth is predicted using a stress intensity factor-based height equilibrium approach over multiple asymmetrical geological layers. The resulting nonlinear partial differential is discretized using finite difference numerical method into systems of equations and then solved iteratively over the moving boundary computational domain using the Newton–Raphson technique at specific time step. By integrating semi-analytical elasticity solutions with numerical fluid mechanics, this model provides a unique hybrid modelling approach that bridges analytical precision with numerical flexibility Finally, the developed Pseudo-3D model is validated against analytical solution and commercial software.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum Petroleum > Well Completion and Stimulation
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Thesis Advisor:	Murtada Al-jawad,
Thesis Committee Members:	Talal Al-shafloot, Misfer Marri,
Depositing User:	MOHAMMED ALHAQBANI (g201215200)
Date Deposited:	02 Jun 2026 09:46
Last Modified:	02 Jun 2026 09:46
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144422