Επισκόπηση της υδραυλικής διάρρηξης και διερεύνηση
της αύξησης της υδραυλικής αγωγιμότητας κατά την
εκμετάλλευση αερίου

Ράντος, Δημήτριος; Rantos, Dimitrios

dc.contributor.author	Ράντος, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Rantos, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2017-01-18T11:57:40Z
dc.date.available	2017-01-18T11:57:40Z
dc.date.issued	2017-01-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44223
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13431
dc.rights	Default License
dc.subject	Υδραυλική διάρρηξη	el
dc.subject	Φυσικό αέριο	el
dc.subject	Μη συμβατικά κοιτάσματα	el
dc.subject	Χημικά πρόσθετα	el
dc.subject	Περιβαλλοντικές επιπτώσεις	el
dc.subject	Υδραυλική αγωγιμότητα	el
dc.subject	Hydraulic fracturing	en
dc.subject	Natural gas	el
dc.subject	Unconventional resources	el
dc.subject	Chemical additives	el
dc.subject	Environmental pollution	el
dc.subject	Hydraulic conductivity	el
dc.title	Επισκόπηση της υδραυλικής διάρρηξης και διερεύνηση της αύξησης της υδραυλικής αγωγιμότητας κατά την εκμετάλλευση αερίου	el
dc.title	Overview of hydraulic fracturing and analysis of the hydraulic conductivity increase upon natural gas production	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Γεωτεχνική μηχανική	el
heal.classification	Φυσικό αέριο	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/cb16f7de16f322f2114874eda44f02fe72165c84
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/d4c917744edaaf8dabe32b63f20e68a8f0b38e8a
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-11-03
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται επισκόπηση της υδραυλικής διάρρηξης ως μεθόδου εκμετάλλευσης μη συμβατικών κοιτασμάτων και εξετάζεται η αύξηση της υδραυλικής αγωγιμότητας με τη βοήθεια της μεθόδου αυτής, η οποία έχει ως στόχο την ελεγχόμενη δημιουργία ρωγμών. Η παραμετρική αυτή διερεύνηση απαίτησε το συνδυασμό ενός προσομοιώματος διάδοσης των ρωγμών με μία εξίσωση υπολογισμού της υδραυλικής αγωγιμότητας παράλληλα στις ρωγμές του σχηματισμού. Η ανάγκη για ρεαλιστική επιλογή των παραμέτρων οδήγησε στην εξοικείωση με τη λογική της υδραυλικής διάρρηξης και τις διαδικασίες που την απαρτίζουν. Ως παράμετροι εισήχθησαν τόσο βασικά μεγέθη της μεθόδου, όσο και γεωτεχνικές ιδιότητες των δύο σχηματισμών που εξετάστηκαν, του ψαμμίτη και του αργιλικού σχιστολίθου. Εκτός από τη διερεύνηση της υδραυλικής αγωγιμότητας για διάφορους συνδυασμούς υγρού διάρρηξης και είδους πετρώματος, εξετάσθηκε και η επίδραση της συχνότητας των ρωγμών, η οποία διαδραματίζει σημαίνοντα ρόλο στη βελτιστοποίηση της εφαρμογής. Επίσης, βάσει της χρήσης ενός μεγάλου αριθμού χημικών προσθέτων, αναζητήθηκαν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της υδραυλικής διάρρηξης και, ειδικότερα, η πιθανότητα της ανθρώπινης έκθεσης σε ρύπους, όπως τα ιξωδορυθμιστικά πρόσθετα που εφαρμόσθηκαν στην παραπάνω διερεύνηση. Ο στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να εντοπίσουμε σε ποιο βαθμό αυξάνεται η υδραυλική αγωγιμότητα ενός σχηματισμού κατά την υδραυλική διάρρηξη, και πώς επηρεάζουν την αύξηση αυτή οι παράμετροι που υπεισέρχονται στον υπολογισμό της υδραυλικής αγωγιμότητας. Για την εξυπηρέτηση του στόχου αυτού, μελετήθηκε η επιστημονική βιβλιογραφία αναφορικά με τους μηχανισμούς και τα μεγέθη που συνδέονται με την υδραυλική διάρρηξη. Το διδιάστατο προσομοίωμα που επιλέχθηκε δίνει την χρονική εξέλιξη του ανοίγματος των ρωγμών, χρησιμοποιώντας δεδομένα εισόδου όπως η παροχή και το ιξώδες του υγρού διάρρηξης και το μέτρο διάτμησης του πετρώματος. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα του προσομοιώματος αυτού εισήχθησαν, μαζί με ορισμένες σταθερές και τη συχνότητα των ρωγμών, στην εξίσωση υπολογισμού της υδραυλικής αγωγιμότητας. Έτσι, προέκυψε η χρονική της εξέλιξη κατά τη διάρκεια της υδραυλικής διάρρηξης, για τέσσερις διαφορετικούς συνδυασμούς υγρού διάρρηξης και είδους πετρώματος. Η ορθότητα των αποτελεσμάτων βασίζεται, σε μεγάλο βαθμό, στην εις βάθος αξιολόγηση των παραμέτρων που υπεισέρχονται στη διερεύνηση, αλλά και στην έμφαση που δόθηκε στις σχέσεις αλληλεπίδρασής τους. Νωρίτερα, αξιολογήθηκε επίσης και η ευκολία δημιουργίας δικτύου ρωγμών στον ψαμμίτη και τον αργιλικό σχιστόλιθο θεωρώντας ως αποκλειστικές παραμέτρους την ψαθυρότητα και την αντοχή τους, οι οποίες δε λαμβάνονται υπόψη από το διδιάστατο προσομοίωμα. Το κύριο συμπέρασμα που εξάχθηκε είναι ότι η ρύθμιση του ιξώδους των υγρών διάρρηξης διαδραματίζει πρωταρχικό ρόλο στην αύξηση της υδραυλικής αγωγιμότητας κατά την εκμετάλλευση του φυσικού αερίου. Έτσι, δικαιολογείται η έμφαση που εντοπίζεται στη βιβλιογραφία τόσο στα πρόσθετα ρύθμισης του ιξώδους, όσο και στα υπόλοιπα πρόσθετα, τα οποία καθορίζουν την αλληλεπίδραση του υγρού με το περιβάλλον του σχηματισμού. Παράλληλα, παρατηρήθηκε ότι το μέτρο διάτμησης του σχηματισμού και η συχνότητα των ρωγμών επιδρούν σε ένα βαθμό, μικρότερο του ιξώδους, στο εύρος των αποτελεσμάτων, όμως δεν παύουν να θεωρούνται βασικοί παράγοντες για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας. Συμπεραίνεται, επίσης, ότι η επάρκεια του προσομοιώματος εξέλιξης του ανοίγματος των ρωγμών και της εξίσωσης της υδραυλικής αγωγιμότητας του σχηματισμού, παράλληλα σε αυτές, είναι ικανοποιητική για τον υπολογισμό των τελικών τιμών, βάσει διασταύρωσης με στοιχεία από την επιστημονική βιβλιογραφία. Όμως, πρέπει να σημειωθεί ότι η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε δεν μπορεί να λάβει υπόψη διαφορές στις αντοχές σε διαφορετικά είδη σχηματισμών. Διερευνώντας, τέλος, τις πιθανές επιπτώσεις της ρύπανσης υπόγειων υδροφορέων λόγω διαρροής των χημικών προσθέτων και, ειδικότερα, εκείνων που ρυθμίζουν το ιξώδες, συναντούμε ιδιαίτερα βλαβερές ουσίες για τον άνθρωπο όπως η ακρυλαμίδη, η οποία χαρακτηρίζεται από υψηλή κινητικότητα και τοξικότητα.	el
heal.abstract	This thesis studies the hydraulic fracturing method as a means of gas exploitation in unconventional reservoirs and examines the hydraulic conductivity increase of host rocks with the implementation of this method. A parametric analysis was conducted, which combines a model for hydraulically induced fracture propagation and an equation for calculating the hydraulic conductivity of the reservoir formation, parallel to the fractures. The need to select the analysis parameters led to an in-depth study of the logic behind hydraulic fracturing and its constituent phenomena. Input parameters are both method characteristics and geotechnical properties of the two formations examined herein, i.e. tight sandstone and shale. Besides analyzing hydraulic conductivity for various combinations of fracturing fluids and rock types, the effect of fracture frequency was also explored and, as expected, found to play a significant role in the optimization of the fracturing procedure. Furthermore, based on the considerable quantities of chemical additives that are handled, a search was conducted for the environmental impact of hydraulic fracturing and, in particular, for the potential of human exposure to pollutants, such as the viscosifiers considered in the aforementioned analysis. The aim of the thesis is to evaluate the degree of hydraulic conductivity increase during the implementation of hydraulic fracturing and the extent to which the analysis parameters affect the final outcome. In order to achieve this goal, a study of the scientific literature was conducted, focusing on the mechanisms and parameters linked to hydraulic fracturing. The chosen two-dimensional simulation model calculates the fracture width growth, based on input values such as the flow rate and viscosity of the fracturing fluid, as well as the shear modulus of the rock. I addition, the model results were inserted, along with certain constants and the fracture frequency, as inputs to the equation for calculating the hydraulic conductivity. Thus, we obtained the increase of hydraulic conductivity with time, for four different combinations of fracturing fluids and rock types. The reliability of the results is based on the evaluation of parameter selection, as well as on the consideration of the interactions among them. Earlier in the thesis, proceeded the evaluation of fracability between the tight sandstone and the shale, taking into account only their brittleness and their strength, two parameters that are not considered by the two-dimensional model. The main conclusion was that, regulating the fracturing fluid viscosity is the most important factor in hydraulic conductivity increase during the natural gas exploitation. Thus, the scientific literature focuses on viscosifiers, as well as, every other additive that affects the interaction between the fracturing fluid and the reservoir formation. In addition, both the shear modulus of the rock and the fracture frequency were shown to affect, to a lesser extent, the range of the results, though still being considered as essential factors for the optimization of the fracturing process. Furthermore, it is concluded that the fracture propagation model and the equation used to calculate the hydraulic conductivity of the formation (parallel to the fractures), provide adequate estimations, as verified by comparisons with measured values reported in scientific literature. However, the applicability of the results is limited by the inability of the method to take into account differences in strength for different reservoir rock types. Finally, in studying the possible implications of groundwater pollution due to spills of chemical additives and, specifically, those that regulate fluid viscosity, we find particularly harmful substances like acrylamide, which has high mobility and toxicity.	en
heal.advisorName	Πανταζίδου, Μαρίνα	el
heal.committeeMemberName	Τσιαμπάος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Καββαδάς, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Πανταζίδου, Μαρίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	101 σ.
heal.fullTextAvailability	true