A sound understanding of the structural characteristics of fractured rock masses is important in designing and maintaining earth structures because their strength, deformability, and hydraulic behavior depend mainly on the characteristics of discontinuity network structures. Despite considerable progress in understanding the structural characteristics of rock masses, the complexity of discontinuity patterns has prevented satisfactory analysis based on a 3-D rock mass visualization model. This paper presents the results of studies performed to develop rock mass visualization in 3-D to analysis the mechanical and hydraulic behavior of fractured rock masses. General and particular solutions of non-linear equations of disk-shaped fractures have been derived to calculated lines of intersection and equivalent pipes. Also, program modules have been developed to perform the calculations. The procedures developed for the 3-D fractured rock mass visualization model can be used to characterize rock mass geometry and network systems effectively. The results obtained in this study will be refined and then combined for use as a tool for assessing geomechanical problems related to strength, deformability and hydraulic behaviors of the fractured rock masses.
Estimation of fracture initiation pressure is one of the most difficult technical challenges in hydraulic fracturing treatment of vertical or horizontal oil wells. In this study, the influence of in-situ stresses and pore pressure values on fracture initiation pressure and its profile in vertical and horizontal oil wells in a normal stress regime have been investigated. Cohesive elements with traction-separation law (XFEM-based cohesive law) are used for simulating the fracturing process in a fluid-solid coupling finite element model. The maximum nominal stress criterion is selected for initiation of damage in the cohesive elements. The stress intensity factors are verified for both XFEM-based cohesive law and analytical solution to show the validation of the cohesive law in fracture modeling where the compared results are in a very good agreement with less than 1% error. The results showed that, generally by increasing the difference between the maximum and minimum horizontal stress, the fracture pressure and its profile has been strongly changed in the vertical wells. Also, it's been clearly observed that in a horizontal well drilled in the direction of minimum horizontal stress, the values of fracture pressure have been significantly affected by the difference between overburden pressure and maximum horizontal stress. Additionally, increasing pore pressure from under-pressure regime to over-pressure state has made a considerable fall on fracture pressure in both vertical and horizontal oil wells.
Ziaei, Ahad;Ahangari, Kaveh;Moarefvand, Parviz;Mirzabozorg, Hasan
Structural Monitoring and Maintenance
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v.4
no.1
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pp.17-31
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2017
Since extensometers are used to determine the absolute deformation of foundation and abutments and all results are obtained in reference to the base rod, the accuracy of these results has been constantly a subject of debate. In this regard, locating and installing extensometers outside the range of effect zone is also another challenge. The main purpose of this paper is to investigate and modify extensometers results based on the mentioned issues. For this aim, the concrete RCC Zhaveh dam in Iran was selected as the case study. To study the results of extensometers installed in this dam, first, the 3DEC_DP 5.00 software was applied for numerical modeling. Parameters such as discontinuities, dead load and piezometric pressure in the interface of concrete and rock were considered. Next, using the results obtained from 6 extensometers in foundation and abutments and 4 clinometers in dam body, the numerical model was calibrated through back analysis method. The results indicate that the base rod is moved and is not recommended being used as the base point. In other words, because installation of base anchor outside the range of effect zone is not possible due to the operational and economic considerations, the obtained results are not accurate enough. The results indicate a considerable 2-3 mm displacement of the base rod (location of the base anchor) in reference to the real zero point location, which must be added to the base rod results.
Kim, A-Ram;Kim, Hyung-Mok;Kim, Hyun-Woo;Shinn, Young-Jae
Tunnel and Underground Space
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v.27
no.2
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pp.89-99
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2017
For a successful performance of Carbon Capture Sequestration (CCS) projects, appropriate injection conditions should be designed to be optimized for site specific geological conditions. In this study, we built a simple 2-dimensional analysis model, based on the geology of Jang-gi basin which is one of the potential sites of domestic CCS projects. We evaluated the impact of initial stress conditions and injection rate through coupled TOUGH-FLAC simulator. From the preliminary analysis, we constructed risk scenarios with the higher potential of shear slip and performed scenario analysis. Our analysis showed that normal stress regime produced the highest potential of shear slip and stepwise increasing injection rate scenario resulted in much larger pore pressure build up and consequent higher potential of the shear slip, which was evaluated using a mobilized friction coefficient.
Ruth, Peter J. van;Nelson, Emma J.;Hillis, Richard R.
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.9
no.1
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pp.50-59
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2006
The risk of fault reactivation in the Gippsland Basin was calculated using the FAST (Fault Analysis Seal Technology) technique, which determines fault reactivation risk by estimating the increase in pore pressure required to cause reactivation within the present-day stress field. The stress regime in the Gippsland Basin is on the boundary between strike-slip and reverse faulting: maximum horizontal stress $({\sim}\;40.5\;Mpa/km)$ > vertical stress (21 Mpa/km) ${\sim}$ minimum horizontal stress (20 MPa/km). Pore pressure is hydrostatic above the Campanian Volcanics of the Golden Beach Subgroup. The NW-SE maximum horizontal stress orientation $(139^{\circ}N)$ determined herein is broadly consistent with previous estimates, and verifies a NW-SE maximum horizontal stress orientation in the Gippsland Basin. Fault reactivation risk in the Gippsland Basin was calculated using two fault strength scenarios; cohesionless faults $(C=0;{\mu}=0.65)$ and healed faults $(C=5.4;\;{\mu}=0.78)$. The orientations of faults with relatively high and relatively low reactivation potential are almost identical for healed and cohesionless fault strength scenarios. High-angle faults striking NE-SW are unlikely to reactivate in the current stress regime. High-angle faults oriented SSE-NNW and ENE-WSW have the highest fault reactivation risk. Additionally, low-angle faults (thrust faults) striking NE-SW have a relatively high risk of reactivation. The highest reactivation risk for optimally oriented faults corresponds to an estimated pore pressure increase (Delta-P) of 3.8 MPa $({\sim}548\;psi)$ for cohesionless faults and 15.6 MPa $({\sim}2262\;psi)$ for healed faults. The absolute values of pore pressure increase obtained from fault reactivation analysis presented in this paper are subject to large errors because of uncertainties in the geomechanical model (in situ stress and rock strength data). In particular, the maximum horizontal stress magnitude and fault strength data are poorly constrained. Therefore, fault reactivation analysis cannot be used to directly measure the maximum allowable pore pressure increase within a reservoir. We argue that fault reactivation analysis of this type can only be used for assessing the relative risk of fault reactivation and not to determine the maximum allowable pore pressure increase a fault can withstand prior to reactivation.
In this paper, we perform a numerical analysis to evaluate the potential of fault reactivation during gas production from hydrate bearing sediments and the moment magnitude of induced seismicity. For the numerical analysis, sequential coupling of TOUGH+Hydrate and FLAC3D was used and the change in effective stress and consequent geomechanical deformation including fault reactivation was simulated by assuming that Mohr-Coulomb shear resistance criterion is valid. From the test production simulation of 30 days, we showed that pore pressure reduction as well as effective stress change hardly induces the fault reactivation in the vicinity of a production well. We also investigated the influence of stress state conditions to a fault reactivation, and showed that normal fault stress regime, where vertical stress is relatively greater than horizontal, may have the largest potential for the reactivation. We tested one simulation that earthquake can be induced during gas production and calculated the moment magnitude of the seismicity. Our calculation presented that all the magnitudes from the calculation were negative values, which indicates that induced earthquakes can be grouped into micro-seismic and as small as hardly perceived by human beings. However, it should be noted that the current simulation was carried out using the highly simplified geometric model and assumptions such that the further simulations for a scheduled test production and commercial scale production considering complex geometric conditions may produce different results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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