Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Hashemalhosseini,Alireza Baghbanan
حميد هاشم الحسيني (استاد راهنما) عليرضا باغبانان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ehsan Mohtarami
احسان محترمي

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 شيميايي (به خصوص اسيدها) با اهداف مختلفي به صنعت مکانيک سنگ وارد شدند. در معادن، فن آوري شستشوي فلز به عنوان يک راه حل اميدبخش و انقلابي به جهان صنعت معرفي شد تا کاهش چشمگيري در هزينه هاي سرمايه گذاري و آلودگي محيط زيست را در پي داشته باشد. در صنعت نوپاي مخازن ژئوترمال اسيد براي بازکردن کانال هاي جريان سيال به کار برده شده است. اما در صنعت قديمي تر نفت اسيدشويي و تزريق گاز براي افزايش خلل و فرج و همچنين مقابله با لجن ها به کار برده شد و يک تکنيک کاملاً موثر و قوي مي باشد. اما آنچه مي بايست مورد توجه قرار گيرد آن است که حضور مواد شيميايي خورنده در محيط سنگي موجب دگرگوني کليه پارامترهاي مکانيکي و فيزيکي سنگ مي شود. در تمامي صنايع مذکور ظرفيت باربري و پايداري ساز? سنگي از اهميت خاصي برخوردار است که با اعمال مواد شيميايي خورنده اين خاصيت تضعيف مي شود. فرآيندهاي شيميايي منجر به تغييرات کاني شناسي، تغييرات شيميايي، تخلخل و نفوذپذيري سنگ ها مي شود. در ساليان اخير کاربرد مواد شيميايي در سازه هاي سنگي افزايش يافته است. حتي بدون استفاده از مواد شيميايي، نمي توان از ورود آب و گازهاي داراي قدرت واکنش به محيط جلوگيري کرد. وجود يک چشم? شيميايي در محيط سنگي باعث مي شود تا خاصيت مکانيکي محيط تابعي از زمان و مکان باشد. به عبارت ديگر در زمان يکسان نقاط نزديکتر به چشم? شيميايي، به علت خورندگي اين مواد داراي خواص ضعيفتري هستند. چنين فرضي به اين معنا خواهد بود که با يک ماد? ناهمگن روبرو هستيم که خواص مکانيکي آن تابع زمان و مکان است. علاوه بر اين از آنجاکه پديد? انتشار سيال در محيط سنگي مي تواند نامتقارن باشد. محيط سنگي قبل از خوردگي يا بعد از آن مي تواند يک ماد? همسانگرد باشد و يا به ماد? دوسانگرد تبديل گردد. از سويي ديگر ناپيوستگي بخش جدايي‌ناپذيري از توده سنگ است که نقش به سزايي در تصميم گيري براي کاربرد يا عدم استفاده از سيالات شيميايي در صنعت دارد. اکثر گسيختگي‌هايي که در محيط سنگي رخ مي‌دهد نيز ناشي از گسترش ناپيوستگي‌هاي موجود و همچنين گسترش ترک‌هاي جديدي است که در اثر فعاليت‌هاي صورت گرفته در سنگ‌ها ايجاد مي‌شود. رايج شدن فرآيندهايي چون ازدياد برداشت از چاه از طريق عمليات هاي اسيدکاري، شکست هيدروليکي، اسيد شکست و تحريک گرمايي، ايجاب مي کند تا شاهد حضور پارامترهاي شيميايي و مکانيک شکست در محاسبات مربوطه باشيم. شروع و توسع? ترک در اين محيط نيازمند بررسي مکانيک شکست يک محيط ناهمگن تابعي است. لازم به ذکر است حتي بدون حضور مواد شيميايي، فرض همگن و همسانگرد بودن سنگ در برخي موارد فرضي دور از واقعيت خواهد بود. در واقع مي توان گفت ناهمگني و ناهمسانگردي جزء جدايي ناپذير محيط سنگي است و سهم مهمي در رفتارهاي مکانيکي سنگ ايفا مي کنند. از اينرو در اين مطالعه سعي بر آن است تا با مطالعات آزمايشگاهي، فهم عميق تري از تغييرات خصوصيات مکانيکي سنگ تحت اثر مواد شيميايي به دست آيد و بتوان آن ها را به صورت تابعي از مکان و زمان معرفي کرد. سپس مدل سازي شکست محيط سنگي ناهمگن دوسانگرد و همسانگرد تحت بارگذاري مکانيکي پس از اعمال مواد شيميايي با کمک روش اجزاء محدود توسعه يافته به عنوان رويکردي نوين انجام شد. به عبارت ديگر هدف از تحقيق بررسي اثر مواد شيميايي بر پارامترهاي شکست سنگ و وارد کردن آن در مدل عددي مي باشد. به دليل پيچيدگي‌ها و ابهامات ناشي از وجود ناپيوستگي‌هاي متعدد در توده سنگ‌ها و دشواري اعتبارسنجي نتايج حاصل در مقياس برجا و همچنين درک بهتر مکانيک و مکانيزم شکست، ناگزير به مدل‌سازي مسائل در مقياس نمونه‌هاي آزمايشگاهي هستيم.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی