Induced Permeability and Stress Drop Mechanisms in Hydraulic Fracturing

SH McKean

In the proceedings of: GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference

Session: FUNDAMENTALS - V Soil & Rock Mechanics

ABSTRACT: Understanding the interaction of hydraulic fractures and discontinuities is key to controlling fracture treatments, but a fully coupled analysis that considers continuum mechanics, pore pressure diffusion, and fracture mechanics is required and quantifying these processes is critical for future model development. This study analytically evaluates the effect of crack tip propagation and fluid diffusion on a discontinuity near a hydraulic fracture. A simple plain strain problem analyses the relative influence of fracture toughness, pore pressure, and differing Biot coefficients. The study showed that the effect of stress rotation due to crack propagation was negligible compared to pore pressure diffusion, that shear failure likely proceeded tensile failure, and that the stimulated area due to pore pressure was significantly different depending on what failure criteria is used. The results show that discontinuity orientation, non-linear pore pressure diffusion, and the Biot coefficient are likely the most important control on stimulation efficacy and stability in the subsurface.

RÉSUMÉ: Comprendre l'interaction des fractures hydrauliques et discontinuités est clé pour contrôler les traitements hydraulique de fracture, mais une analyse couplée qui considère la mécanique continus, la diffusion de la pression interstitielle, et les mécanique de la rupture est nécessaire. La quantification de ces processus est essentielle pour le développement futur du modèle numerique. Cette étude évalue analytiquement l'effet de la propagation de la pointe de la fissure et de diffusion de fluide sur une discontinuité à proximité d'une fracture hydraulique. Un simple problème de déformation analyse l'influence relative de la pression des pores, et les différents coefficients de Biot. L'étude a montré que l'effet de la rotation du stress dé la propagation des fissures a été négligeable par rapport à la diffusion de la pression interstitielle, que le cisaille probablement procédé rupture en traction, et que la zone stimulée en raison de la pression interstitielle était significativement différente en fonction de quels critères l'échec est utilisé. Les résultats montrent que l'orientation de discontinuité, le diffusion non-linéaire de pression des pores, et le coefficient de Biot sont probablement la plus importante consideration pour la stabilité due stimulation hydraulic dans le sous-sol.

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