This paper deals with a hydraulic fracturing technique, which is one of the methods to maximize the recovery rate and productivity of oil and gas in the petroleum industry. In the hydraulic fracturing, typically water mixed with sand and chemicals is injected into a wellbore in order to create artificial fractures along which formation fluids migrate to the well. In recent years, it is widely used in non-conventional oil and gas such as oil shale and shale gas. Three main stages of the hydraulic fracturing process, the proposed design models for the effective hydraulic fracturing and diagnostics after fracturing treatment are introduced. In addition, this paper introduces reservoir geomechanics to solve various problems in the process of hydraulic fracturing.
One of the most important matters in stress measurement by hydraulic fracturing technique is the determination of the breakdown pressure, reopening pressure, and shut-in pressure, since these values are the basic input data for the calculation of the in-situ stress. The control of the fracture propagation is also important when the hydraulic fracturing technique is applied to the development of groundwater system, geothermal energy, oil, and natural gas. In this study, a laboratory scale hydraulic fracturing device was built and a series of model tests were conducted with cube blocks of Machon gabbro. A new method called 'flatjack method' was adopted to determine shut-in pressure. The initial stress calculated from the shut-in pressure measured by flatjack method showed much higher accuracy than the stress determined by the conventional method. The dependency of the direction of fracture propagation on the state of the initial stresses was measured by introducin g artificial slots in the borehole made by water jet system. Numerical modeling by BEM was also performed to simulate the fracture propagation process. Both results form numerical and laboratory tests showed good agreement. From this study which provides the extensive results on the determination of shut-in pressure and the control of fracture propagation which are the critical issue in the recent hydraulic fracturing, it is conclued that in-situ stress measurement and the control of fracture propagation could be achived more accurately.
Kim, Jungyul;Kim, Yoosung;Yun, Jeum-Dong;Kwon, Sungil;Kwon, Hyongil;Shim, Yonsik;Park, Juhyun
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.18
no.4
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pp.197-206
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2015
The purpose of this study is to ensure microseismic data acquisition technique for hydraulic fracturing imaging at the site of shale gas development. For this, microseismic data acquisition was performed during hydraulic fracturing and artificial blasting at a site bearing shale layers. Measured microseismic event data during the hydraulic fracturing have the very small amplitude of 0.001 mm/sec ~ 0.003 mm/sec and the frequency contents of 5 Hz ~ 20 Hz range. Meanwhile microseismic event data acquired during artificial blasting have the bigger amplitude (0.011 mm/sec ~ 0.302 mm/sec) than hydraulic fracturing event data and their frequency contents have the range of 5 Hz ~ 2 kHz. For microseismic data acquisition design, the selection of appropriate instrumentation including sensors and the recording system, the determination of sensor array and the deployment range were investigated based on the theoretical data and field application experiences.
Kim Man-Il;Chang Kwang-Soo;Suk Hee-Jun;Kim Hyoung-Soo
The Journal of Engineering Geology
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v.16
no.2
s.48
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pp.125-134
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2006
In order to establish the in-situ application of the artificial storage and recovery (ASR) technology which is used the property of the aquifer storage of groundwater. We carried out to the in-situ experiments such as borehole TV logging, pumping test and artificial hydraulic fracturing in volcanic island, Ulleungdo. In-situ experiments were conducted to divide the before- and after-hydraulic fracturing. Pumping test was achieved to confirm the two fracture zones, GL-13m and GL-21m, which are determined by the borehole TV logging. From the results of the before- and after-pumping tests, the hydraulic connectivity was confirmed to locate at GL-13m in the residual deposit zone of pumice media as alluvium. However, in the bedrock tone at GL-21m the hydraulic connectivity could be considered to faulty. Consequently, in this study area the artificial recharge has a little unsatisfied to geo-structural condition and desired to more detail investigation works.
Geomechanics parameters are critical to numerical simulation, stability analysis, design and construction of geotechnical engineering. Due to the limitations of laboratory and in situ experiments, back analysis is widely used in geomechancis and geotechnical engineering. In this study, a hybrid back analysis method, that coupling numerical simulation, response surface (RS) and relevance vector machine (RVM), was proposed and applied to identify geomechanics parameters from hydraulic fracturing. RVM was adapted to approximate complex functional relationships between geomechanics parameters and borehole pressure through coupling with response surface method and numerical method. Artificial bee colony (ABC) algorithm was used to search the geomechanics parameters as optimal method in back analysis. The proposed method was verified by a numerical example. Based on the geomechanics parameters identified by hybrid back analysis, the computed borehole pressure agreed closely with the monitored borehole pressure. It showed that RVM presented well the relationship between geomechanics parameters and borehole pressure, and the proposed method can characterized the geomechanics parameters reasonably. Further, the parameters of hybrid back analysis were analyzed and discussed. It showed that the hybrid back analysis is feasible, effective, robust and has a good global searching performance. The proposed method provides a significant way to identify geomechanics parameters from hydraulic fracturing.
The hypocenter distribution of microseismic events generated by hydraulic fracturing for shale gas development provides essential information for understanding characteristics of fracture network. In this study, we evaluate how inaccurate velocity models influence the inversion results of two widely used location programs, hypoellipse and hypoDD, which are developed based on an iterative linear inversion. We assume that 98 stations are densely located inside the circle with a radius of 4 km and 5 artificial hypocenter sets (S0 ~ S4) are located from the center of the network to the south with 1 km interval. Each hypocenter set contains 25 events placed on the plane. To quantify accuracies of the inversion results, we defined 6 parameters: difference between average hypocenters of assumed and inverted locations, $d_1$; ratio of assumed and inverted areas estimated by hypocenters, r; difference between dip of the reference plane and the best fitting plane for determined hypocenters, ${\theta}$; difference between strike of the reference plane and the best fitting plane for determined hypocenters, ${\phi}$; root-mean-square distance between hypocenters and the best fitting plane, $d_2$; root-mean-square error in horizontal direction on the best fitting plane, $d_3$. Synthetic travel times are calculated for the reference model having 1D layered structure and the inaccurate velocity model for the inversion is constructed by using normal distribution with standard deviations of 0.1, 0.2, and 0.3 km/s, respectively, with respect to the reference model. The parameters $d_1$, r, ${\theta}$, and $d_2$ show positive correlation with the level of velocity perturbations, but the others are not sensitive to the perturbations except S4, which is located at the outer boundary of the network. In cases of S0, S1, S2, and S3, hypoellipse and hypoDD provide similar results for $d_1$. However, for other parameters, hypoDD shows much better results and errors of locations can be reduced by about several meters regardless of the level of perturbations. In light of the purpose to understand the characteristics of hydraulic fracturing, $1{\sigma}$ error of velocity structure should be under 0.2 km/s in hypoellipse and 0.3 km/s in hypoDD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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