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Enregistrement W4386524145 · doi:10.56952/arma-2023-0711

Arrest Mechanisms of Buoyant Hydraulic Fractures

2023· article· en· W4386524145 sur OpenAlexaff
Andreas Möri, Carlo Peruzzo, Brice Lecampion, Dmitry Garagash

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueHydraulic Fracturing and Reservoir Analysis
Établissements canadiensDalhousie University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésBuoyancyHydraulic fracturingFracture (geology)Stress (linguistics)GeologyLeakMaterials scienceGeotechnical engineeringEnvironmental scienceMechanicsPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

ABSTRACT Hydraulic fracturing (HF) treatments can form widespread fractures. Understanding their containment at depth is critical, given the positive buoyancy contrast between the fracturing fluid and the surrounding rock, promoting upward growth. We study arrest mechanisms for established buoyant HF, restricting our investigation to fully planar fractures. We show that changes in the fracturing toughness (KIc) (E, and v remain unchanged) are inefficient in arresting buoyant HFs. A fracture size-dependent, apparent KIc can only prevent buoyant fractures from emerging but not stop their ascent. Sudden changes of KIc between layers need to be significant to arrest a buoyant HF KIc−2/KIc−1 ≥ 2 − 3. Contrary, a stress barrier efficiently arrests buoyant fractures for stress contrasts as little as Δσ ≥ 1.00 (MPa). We further demonstrate that the interaction with a high-leak-off layer is more efficient in arresting fracture ascent than an equivalent uniform leak-off value. Moderate to high leak-off arrests fractures before they become buoyant or without significant uprise. All considered arrest mechanisms can stop the propagation of a buoyant HF, implying that combining several mechanisms likely prevents buoyant HFs from reaching shallow formations or even the surface. INTRODUCTION Hydraulic fractures (HF) created through industrial treatments can show significant extents. Ensuring a safe operation and efficient exploitation of the targeted formation is only possible if the fracture becomes contained at depth. In the absence of any heterogeneity, assuming a Newtonian fluid, an impermeable medium subjected to linear background stress, and a block injection, Möri and Lecampion (2023) have shown that the containment depends on a single, dimensionless buoyancy (Equation) (see their Eq. (9)). It is possible to define a limiting volume, determining if the fracture arrests at depth or becomes buoyant (Davis et al., 2020; Salimzadeh et al., 2020). This limit for buoyant propagation is equivalent to (Equation). Here we investigate cases of buoyant fractures with (Equation) (see Tab. 1) and will explore what effects changes in the apparent fracturing toughness, stress barriers, and fluid leak-off will have on buoyant HF. Following Möri and Lecampion (2023), we consider a block injection of a fluid with a viscosity μ at a constant rate Qo until shut-in of the injection at ts, giving a total injected volume of Vo = Qots. The medium is considered linear-elastic with a given value of the plain-strain modulus E′ = E/(1 − v2), with E the materials Young's modulus and v its Poisson's coefficient. We consider a linearly varying background stress with depth (e.g. σ (z) μ z) and use constant values for the rock and fluid density. A buoyant force, caused by the difference of the two Δγ = Δρg = (ρsolid − ρfluid)g, with g = 9.81 (m·s−2) the earth gravitational acceleration, emerges, driving buoyant propagation. Note that we do not consider any density variation. The effect of any heterogeneity will be related to the dominating energy dissipation mechanism (viscosity- vs toughness-dominated) when the fracture becomes buoyant and/or encounters heterogeneity. For a change in properties at a given distance from the injection point, the interaction will differ if the fracture reaches the jump during an ongoing injection or when shut-in has already occurred. All these possible interactions depend on an additional set of two dimensionless coefficients. The first is the dimensionless viscosity (Equation) describing the dominant energy dissipation mechanism at the transition from radial to buoyant propagation (see Eq. (3.9) of Möri and Lecampion (2022)). This parameter alone governs the case of a constant rate, continuous release (Möri and Lecampion, 2022) and characterizes together with (Equation) the release of a finite volume of fluid. Combining these two coefficients is sufficient to describe any possible state of a buoyant fracture. Notably, values of (Equation) indicate viscosity-dominated and (Equation) toughness-dominated fractures at the transition from radial to buoyant. Finally, the case of a change in properties at a distance d (distance from the injection point to the change of properties, see Fig. 1) requires a dimensionless form of this distance. We achieve the dimensionless form using the buoyancy length scale ℓb = (KIc/Δγ)2/3 (Lister and Kerr, 1991) to obtain (Equation) (see Tab. 1). According to Möri and Lecampion (2023), we must ensure (Equation) to have fully developed buoyant fractures.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,009

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,226
Écart entre enseignants0,218 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations2
Publié2023
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