ارایه مدل ترمو-هیدرو-مکانیکی آسیب برای محیط های سنگی متخلخل اشباع تحت میدان تنش سه محوره

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

10.30479/jmre.2020.11682.1323

چکیده

تاثیر توامان تنش، حرارت، فشار منفذی و آسیب بر عوامل هیدرولیکی مخازن هیدروکربوری و ژئوترمال و بازدهی چاه‌های تولیدی آنها نشان می‌دهد طراحی واقع‌گرایانه فرآیند تولید از این مخازن، نیازمند بهره‎گیری از یک مدل رفتاری جامع تنش-کرنش است. در این پژوهش با ارایه تعریف جدیدی از آسیب کلی ناشی از اثرات وجود سیال با دمای بالا در محیط متخلخل، معادله رفتاری تنش-کرنش تنیده ترموهیدرومکانیکی‌آسیب سنگ در شرایط بارگذاری سه‎محوری مرسوم بر پایه‌ تئوری محیط موثر، مفهوم تنش موثر بایوت، تابع چگالی احتمال توزیع توانی، انتقال همرفت و رسانش ارایه شده است. نتایج نشان می‎دهد: الف) با افزایش ضریب بایوت، ضریب نفوذپذیری، فشار منفذی و دما، آسیب ترموهیدرومکانیکی در سنگ افزایش می‌یابد، افزایش فشار محصورکننده منجر به کاهش آسیب و در نتیجه بهبود ظرفیت باربری سنگ می‌شود. ب) با افزایش دما، میزان آسیب ترموهیدرومکانیکی کل کاهش می‌یابد و مقدار حداکثر آن در کرنش‌های بزرگ‎تر رخ می‎دهد. این در حالی‎ است‎که نرخ رها‌سازی انرژی منطبق بر تنش‎حداکثر و کرنش متناظر با آن افزایش می‎یابد. ج) معیار شکست لید اصلاح‎شده در مقایسه با معیارهای "موهر-کولمب" و "دراگر-پراگر"، پیش‎بینی واقع‎گرایانه‎تری را از رفتار تنیده ترموهیدرومکانیکی در آسیب سنگ ارایه می‎دهد. از نتایج این پژوهش چنین استنباط می‎شود که در‎نظر گرفتن مفهوم تنش موثر بایوت و آسیب هم‎رفت در کنار تابع توزیع توانی، منجر به ارایه پیش‎بینی‎های دقیق‎تری از پاسخ تنیده ترموهیدرومکانیکی- آسیب‎سنگ‎ها  خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Thermo-Hydro-Mechanical-Damage Model for Saturated Porous Medium Under Three-Axial Stress Field

نویسندگان [English]

  • A. Farahi 1
  • S. Nikoosokhan 2
  • A. Mortazavi 3
1 Ph.D. Student, Dept. of Mining Engineering , Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Dept. of Mining Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
3 Professor, Dept. of Mining Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Coupling effects of stress, temperature, pore pressure and damage on hydraulic parameters of hydrocarbon and geothermal reservoirs and their production wells show that the realistic design of the production process from these reservoirs requires a comprehensive stress-strain behavioral model. In this study, through presenting a novel definition of total damage due to the effects of high temperature fluid in porous medium, a coupled stress-strain thermo-hydro-mechanical-damage behavioral model of rock in three-axial loading condition is performed based on the effective medium theory, the concept of Biot effective stress, power probability density function and convection and conduction heat transfer. Results show that: A) Increasing Biot effective stress coefficients, rock permeability, pore pressure and temperature leads to the augmentation of the coupled thermo-hydro-mechanical damage while the increase in confining pressure reduces damage thus improves rock bearing capacity. B) As temperature increases, total thermo-hydro-mechanical damage rate decreases and its peak occurs at larger strains, C) Modified Lade failure criterion provides a more realistic prediction from coupled thermo-hydro-mechanical-damage behavior compared with Mohr-Coulomb and Dragger-Prager failure criteria. Generally, it is concluded that taking into account the concept of Biots effective stress and convection heat transfer along with power distribution function will lead to more accurate predictions of the coupled thermo-hydro-mechanical-damage model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coupled Thermo-Hydro-Mechanical-Damage behavioral model (THMD)
  • Convection Heat Transfer
  • Effective Medium Theory
  • Power Probability Density Function
  • Biot effective stress theory