Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Hashemalhosseini,Alireza Baghbanan
حمید هاشم الحسینی (استاد راهنما) علیرضا باغبانان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ehsan Mohtarami
احسان محترمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده معدن
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Investigating of Acidizing on Rock Fracturing Parameters using Experimental and Numerical Methods
The vast majority of rock masses are often anisotropic due to factors such as layering, unequal in-situ stresses, joint sets, and discontinuities. Meanwhile , given the frequently asymmetric distribution of pores , grain sizes or different mineralogical compounds in different locations, they are often adapt the inhomogeneous and anisotropic conditions of the produced samples. In the first stage of this study, in order to better understand the acidizing, a laboratory test was designed to investigate the effects of various operational parameters such as temperature, injection pressure, type and concentration of acids on the properties such as elastic modulus ( E ), uniaxial compressive strength ( UCS ), variations of porosity and permeability, and rock fracture toughness. The results showed that the use of acid generally causes reduction in E , UCS and toughness and increase in porosity, permeability and deformability. The trend of these variations depends on the acid type and operational parameters and the anisotropy properties will be intensified . Maximum variations due to acidizing indicate 67%, 64% and 55% reduction in E , UCS and fracture toughness, respectively and increase permeability threefold approximately . The results of this study could be applicable to validating constitutive behavior and developing coupling numerical models. In the numerical simulation section, for the first time, it is attempted to predict the SIFs accurately by means of anisotropic crack tip enrichments and development of an interaction integral for inhomogeneous materials with the help of extended finite element method (XFEM). Also, the concept of T -stress was introduced to the formulation of stress crack tip field to develop a new criterion for prediction of crack initiation angle and its trajectory in such materials. To verify the accuracy of the proposed approach, the results are compared with the experimental test results and those reported in the literature. It was found that the ratio of elastic modulus, shear stiffness, and material orientation angle have a significant impact on SIFs. However, the rate of change in material properties was found to have a moderate effect on these factors and a more pronounced effect on the failure force . The results highlight the power of the proposed formulation in the estimation of SIFs and crack propagation path in inhomogeneous anisotropic materials.
مواد شیمیایی (به خصوص اسیدها) با اهداف مختلفی به صنعت مکانیک سنگ وارد شدند. در معادن، فن آوری شستشوی فلز به عنوان یک راه حل امیدبخش و انقلابی به جهان صنعت معرفی شد تا کاهش چشمگیری در هزینه های سرمایه گذاری و آلودگی محیط زیست را در پی داشته باشد. در صنعت نوپای مخازن ژئوترمال اسید برای بازکردن کانال های جریان سیال به کار برده شده است. اما در صنعت قدیمی تر نفت اسیدشویی و تزریق گاز برای افزایش خلل و فرج و همچنین مقابله با لجن ها به کار برده شد و یک تکنیک کاملاً موثر و قوی می باشد. اما آنچه می بایست مورد توجه قرار گیرد آن است که حضور مواد شیمیایی خورنده در محیط سنگی موجب دگرگونی کلیه پارامترهای مکانیکی و فیزیکی سنگ می شود. در تمامی صنایع مذکور ظرفیت باربری و پایداری ساز? سنگی از اهمیت خاصی برخوردار است که با اعمال مواد شیمیایی خورنده این خاصیت تضعیف می شود. فرآیندهای شیمیایی منجر به تغییرات کانی شناسی، تغییرات شیمیایی، تخلخل و نفوذپذیری سنگ ها می شود. در سالیان اخیر کاربرد مواد شیمیایی در سازه های سنگی افزایش یافته است. حتی بدون استفاده از مواد شیمیایی، نمی توان از ورود آب و گازهای دارای قدرت واکنش به محیط جلوگیری کرد. وجود یک چشم? شیمیایی در محیط سنگی باعث می شود تا خاصیت مکانیکی محیط تابعی از زمان و مکان باشد. به عبارت دیگر در زمان یکسان نقاط نزدیکتر به چشم? شیمیایی، به علت خورندگی این مواد دارای خواص ضعیفتری هستند. چنین فرضی به این معنا خواهد بود که با یک ماد? ناهمگن روبرو هستیم که خواص مکانیکی آن تابع زمان و مکان است. علاوه بر این از آنجاکه پدید? انتشار سیال در محیط سنگی می تواند نامتقارن باشد. محیط سنگی قبل از خوردگی یا بعد از آن می تواند یک ماد? همسانگرد باشد و یا به ماد? دوسانگرد تبدیل گردد. از سویی دیگر ناپیوستگی بخش جدایی‌ناپذیری از توده سنگ است که نقش به سزایی در تصمیم گیری برای کاربرد یا عدم استفاده از سیالات شیمیایی در صنعت دارد. اکثر گسیختگی‌هایی که در محیط سنگی رخ می‌دهد نیز ناشی از گسترش ناپیوستگی‌های موجود و همچنین گسترش ترک‌های جدیدی است که در اثر فعالیت‌های صورت گرفته در سنگ‌ها ایجاد می‌شود. رایج شدن فرآیندهایی چون ازدیاد برداشت از چاه از طریق عملیات های اسیدکاری، شکست هیدرولیکی، اسید شکست و تحریک گرمایی، ایجاب می کند تا شاهد حضور پارامترهای شیمیایی و مکانیک شکست در محاسبات مربوطه باشیم. شروع و توسع? ترک در این محیط نیازمند بررسی مکانیک شکست یک محیط ناهمگن تابعی است. لازم به ذکر است حتی بدون حضور مواد شیمیایی، فرض همگن و همسانگرد بودن سنگ در برخی موارد فرضی دور از واقعیت خواهد بود. در واقع می توان گفت ناهمگنی و ناهمسانگردی جزء جدایی ناپذیر محیط سنگی است و سهم مهمی در رفتارهای مکانیکی سنگ ایفا می کنند. از اینرو در این مطالعه سعی بر آن است تا با مطالعات آزمایشگاهی، فهم عمیق تری از تغییرات خصوصیات مکانیکی سنگ تحت اثر مواد شیمیایی به دست آید و بتوان آن ها را به صورت تابعی از مکان و زمان معرفی کرد. سپس مدل سازی شکست محیط سنگی ناهمگن دوسانگرد و همسانگرد تحت بارگذاری مکانیکی پس از اعمال مواد شیمیایی با کمک روش اجزاء محدود توسعه یافته به عنوان رویکردی نوین انجام شد. به عبارت دیگر هدف از تحقیق بررسی اثر مواد شیمیایی بر پارامترهای شکست سنگ و وارد کردن آن در مدل عددی می باشد. به دلیل پیچیدگی‌ها و ابهامات ناشی از وجود ناپیوستگی‌های متعدد در توده سنگ‌ها و دشواری اعتبارسنجی نتایج حاصل در مقیاس برجا و همچنین درک بهتر مکانیک و مکانیزم شکست، ناگزیر به مدل‌سازی مسائل در مقیاس نمونه‌های آزمایشگاهی هستیم.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی