ارایه رویکرد نوینی برای ساخت مغزه های مصنوعی شکسته با الگوی زبری تعریف شده برای آزمایش در شرایط مخزن

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

2 دانشیار، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

چکیده

در این مقاله به فرآیند ساخت مغزه‌های مصنوعی با قطر 5/1 اینچ برای مطالعه شکستگی نمونه‌های مخزنی پرداخته می‌شود. این نمونه‌ها دارای الگوی منظم‌اند و تمرکز اصلی در خصوص آن‌ها، امکان اجرای زبری بطور کنترل شده است، بنابراین از الگوی کنگره‌ای (دندانه اره‌ای) به عنوان ساختار مصنوعی مفروض در طراحی الگوهای زبر استفاده شد. در روش‌های ایجاد سطوح زبر از طریق شکست سنگ، علاوه بر خارج کنترل بودن زبری، میکروشکستگی‌هایی همراه شکستگی اصلی ایجاد می‌شود. چنانچه از روش‌های پیشرفته برشی مانند سیستم‌های کنترل عددی رایانه‌ای بدین‌منظور استفاده شود؛ باطله برش به اندازه‌ای است که حجم باقیمانده در قیاس با حجم اولیه و مقیاس الگو، از نظر فنی کاملا مردود است. این موارد در کنار هزینه‌بر بودن تامین تجهیزات، پژوهشگران را عملا به استفاده از مغزه‌های مخزنی توام با آزمایش‌های مخرب مجبور می‌کند. در این مقاله روشی ساده اما مبتنی بر رویکرد ابتکاری ارایه شده است که در آن با هزینه کمتر، هیچ یک از این مشکلات وجود نخواهد داشت. در این روش در عین توانایی در اجرای الگو، می‌توان سطح مقطع مغزه را به صورت دوار نگه داشت. همچنین با توجه به قالب‌گیری مغزه، هیچ میکروشکستگی در مغزه وجود نخواهد داشت. این موارد در کنار تشابه ساختاری و بافتی مغزه‌های مصنوعی ساخته شده از بتن ویژه با ابعاد خاص، منجر به پاس شدن آزمون‌های کنترل کیفی تعیین سرعت عبور امواج اولتراسونیک و مقاومت فشاری تک محوری شد و در نهایت در دو طرح اختلاط، مقاومت قابل قبول بیش از 9890 و 11380  psi به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A New Method for Constructing Fractured Synthetic Cores with Defined Roughness Pattern Suitable for Testing in Reservoir Conditions

نویسندگان [English]

  • M. Lotfi 1
  • B. Tokhmechi 2
1 Ph.D of Mining Engineering, Faculty of Mining, Petroleum and Geophysics Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Associate Professor, Faculty of Mining, Petroleum and Geophysics Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

This article focuses on the process of manufacturing of 1.5-inche diameter synthetic cores for fracture studies. The results of this study are suitable for rock mechanical studies as well as reservoir engineering and geomechanical experiments. These cores were manufactured by a fracture pattern, and the main focus on them was the possibility of performing the surface roughness characteristic in a controlled manner. In these cores, unlike the same examples, the roughness pattern was created non-randomly. For this purpose, the Triangular form (Sawtooth) was used as a supposed synthetic structure in the design of rough patterns. To achieve this goal, Reactive Powder Concrete (RPC) has been selected as the main material after studying on a variety of materials to make synthetic samples. To perform concrete, and considering RPC, several mixing designs were tested. The accepted mixing designs are compared together and presented as the results of the research. The structure and texture of provided core are similar to natural ones, in comparison with the other common samples were made of fiberglass. High Uniaxial Compressive Strength (UCS), and ability to implementation a variety of specific and complex geometric patterns such as Triangular Pattern (Sawtooth form), are two complementary advantages of the proposed samples. It should be mentioned that making the patterns on natural rocks is usually impossible, and also expensive, while cheap with high UCS in the case of synthetic samples. Also these cores haven’t any micro-fractures. The capability of perfectly suiting the particles helps to implement variety patterns.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computer Numerical Control (CNC)
  • Reactive Powder Concrete (RPC)
  • Triangular Form
  • Synthetic Rock
  • Waterjet Cutting
[1]     National Research Council, (2000). “Risk analysis and Uncertainty in Flood Reduction Studies”. National Academic Press, Washington, D.C. DOI: https://doi.org/10.17226/9971.

[2]     Hashemi Tangestani, M., and Moore, F. (2002). “The use of Dempster-Shafer model and GIS in integration of geoscientific data porphyry Copper potential mapping, north of Shahr-e-Babak, Iran”. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 4(1): 65-74.

[3]     Challa, S., and Koks, D. (2004). “Bayesian and Depster-Shafer Fusion”. Sadhana, 29(2): 145–174.

[4]     تخم‌چی، ب.، لطفی، م.، صیفی، ح.، حسینی، م. س.؛ 1395؛ "ترکیب اطلاعات، رویکردی نوین جهت تصمیمگیری در زمینشناسی، مهندسی معدن و نفت". انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک)، تهران، 808 صفحه.

[5]     Johnston, I. W., and Choi, S. K. (1986). “A synthetic soft rock for laboratory model studies”. Geotechnique, 2(36): 251-263.

[6]     Indraratna, B. (1990). “Development and applications of a synthetic material to simulate soft sedimentary rocks”. Geotechnique, (40)2: 189-200.

[7]     Fourar, M., Bories, S., Lenormand, R., and Persoff, P. (1993). “Two-phase flow in smooth and rough fractures: measurement and correlation by porous-medium and pipe flow models”. Water Resources Research, 29(11): 3699–3708.

[8]     Wei, C., Zou, M., Sun, Y., Cai, Z., and Qi, Y. (2015). “Experimental and applied analyses of particle migration in fractures of coalbed methane reservoirs”. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 23: 399–406.

[9]     Babadagli, T., Raza, S., Ren., X., and Develi, K. (2015). “Effect of surface roughness and lithology on the water–gas and water–oil relative permeability ratios of oil-wet single fractures”. International Journal of Multiphase Flow, 75: 68–81.

[10]  معراجی، ل.، افشین، ح.، عابدی، ک.؛ 1395؛"بررسی اثر نوع الیاف بر خواص بتن پودری واکنشپذیر".نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، دوره 46 ، شماره 4، ص 99-98.

[11]  Zhou, T., Zhang, S., Feng, Y., Shuai, Y., Zou, Y., and Li, N. (2016). “Experimental study of permeability characteristics for the cemented natural fractures of the shale gas formation”. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 29: 345-354.

[12]  Mei, C., Fang, Q., Luo, H., Yin, J., and Fu, X. (2017). “A Synthetic Material to Simulate Soft Rocks and Its Applications for Model Studies of Socketed Piles”. Advances in Materials Science and Engineering, Article ID 1565438, pp. 8.

[13]  امیری، م.، مومیوند، ح.؛ 1397؛"ساخت ماسهسنگ مصنوعی با حوزه وسیعی از تخلخل".دو فصلنامه علمی - پژوهشی ژئومکانیک نفت، دوره دوم، شماره 1، ص 99-85.

[14]  Yang J., Cai, X., Pang, Q., Guo, X., Wu, Y., and Zhao, J. (2018). “Experimental Study on the Shear Strength of Cement-Sand-Gravel Material”. Advances in Materials Science and Engineering, Article ID 2531642, pp. 11.

[15]  Caulk, R. A., Ghazanfari, E., Perdrial, J. N., and Perdrial, N. (2016). “Experimental investigation of fracture aperture and permeability change within Enhanced Geothermal Systems”. Geothermics, 62: 12–21.

[16]  Singh, K. K., Singh, D. N., and Gamage, R. P. (2016). “Effect of sample size on the fluid flow through a single fractured granitoid”. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 1–12.

[17]  دفتر مقررات ملی ساختمان؛ 1392؛"مقررات ملی ساختمان ایران مبحث نهم طرح و اجرای ساختمان های بتن آرمه". نشر توسعه ایران، تهران.

[18]  Pierre R., and Cheyrezy, M. (1995). “Composition of Reactive Powder Concretes”. Cement and Concrete Research, 25(7): 1501–1511.

[19]  ASTM Standard C 1157, (2009). “Standard Performance Specification for Hydraulic Cement”. Annual Book of ASTM Standards, ASTM International, West Conshohocken, pp. 5.

[20]  Holcim (US) Inc., (2007). “Common Work Results for Concrete”. Holcim GranCem Cement, SPEC-DATA, The Construction Specifications Institutes, pp. 2.

[21]  ASTM Standard C150/C150M, (2012). “Standard Specification for Portland Cement”. Annual Book of ASTM Standards, ASTM International, West Conshohocken, pp. 9. DOI: 10.1520/C0150_C0150M-12.

[22]  Russell, H. (1997). “High-Performance Concrete – From Buildings to Bridges”. Concrete International August, pp. 63.

[23]  Neville, A. M. (1996a). “Strength of Concrete, Properties of Concrete”. 4th Edition,NY: John Wiley & Sons, Inc, New York, 269–273.

[24]  Neville, A. M. (1996b). “Concrete and Particular Properties, Properties of Concrete”. 4th Edition, NY: John Wiley & Sons, Inc, New York, 667–669.

[25]  امیدوار لنگرودی، ل.، اشرفی زاده، س. ن.؛ 1388؛"سنتز فرمالدئید نفتالین سولفونات به عنوان فوق روانساز بتن". همایش ملی مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اسلامشهر، 11 صفحه.

[26]  عباسیان، س.، اویسی، آ.، عباسیان، س.؛ 1392؛"بررسی ساختار وعملکرد فوق روانساز بتن بر پایه پلی کربوکسیلات اتر".پنجمین کنفرانس ملی سالیانه بتن ایران، تهران.

[27]  Muhit, I. B. (2013). “Dosage Limit Determination of Superplasticizing Admixture and Effect Evaluation on Properties of Concrete”. International Journal of Scientific & Engineering Research, (4)3.

[28]  National Concrete Pavement Technology Center, (2007).  “Integrated Materials and Construction Practices for Concrete Pavement: A State of the Practice Manual”. U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, Center of Transportation Research and Education (ctre), IOWA State University, pp. 355, Doc.: FHWA HIF-07-004.

[29]  ASTM Standard C 403/C 403M, (1999). “Standard Test Method for Time of Setting of Concrete Mixtures by Penetration Resistance”. Annual Book of ASTM Standards, Vol 04.02, ASTM International, West Conshohocken, pp. 7.

[30]Aitcin, P. C. (1998). “Materials selection, High-Performance Concrete”. NY: Routledge, New York, pp. 194.