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.
The Purpose of this study was to analyze the stresses and displacements of various post and core. The Finite element models of central incisors were divided into seven types according to the various amount of remaining tooth structures. $10kgf/mm^2$ force was applied respectively as follows : 1) Horizontal on the labial surface 2) $26^{\circ}$ diagonal direction on the lingual surface. Material property, geometry, and load condition of each model were inputted to the two dimensional ANSYS 4.4A finite element program : stresses and displacements were analyzed. Results were follows : 1. In the case of $130^{\circ}$ shoulder post and core, Maximum tensile and shear stresses were observed in the crown margin. 2. Maximum shear stress was about 29% reduced by contrabevel. 3. In the case of 1mm axial tooth structure, Maximum tensile stress observed in the dentin. 4. In the case of but joint of cervix, Maximum stress concentration was observed in the dentin by the inclined and horizontal force. 5. Horizontal force produced the extraordinary high stresses in dentin and supporting structures. 6. The amount of remaining tooth structure affected the level of stress significantly and it determined the location of stress concentration.
Combining the radial well drilling and hydraulic fracturing technique, the production capacity of the reservoirs with low-permeability can be improved effectively. Due to the existence of radial holes, the stress around the well is redistributed, and the initiation and propagation of hydraulic fractures are different with those in traditional hydraulic fracturing. Therefore, it is necessary to study the influences of radial horizontal wells on hydraulic fracturing. The laboratory experiment was conducted to simulate the hydraulic fracturing on the physical model with radial holes. The experimental results showed that, compared with the borehole without radial holes, the sample with radial hole in the direction of maximum horizontal stress was fractured with significantly lower pressure. As the angle between direction of the horizontal hole and the maximum horizontal stress increased, the breakdown pressure grew. While when the radial hole was drilled towards the direction of the minimum horizontal stress, the breakdown pressure increased to that needed in the borehole without radial holes. When the angle between the radial hole and the maximum horizontal stress increase, the pressure required to propagate the fractures grew apparently, and the fracture become complex. Meanwhile, the deeper the radial hole drilled, the less the pressure was needed for fracturing.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.1
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pp.187-194
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2002
It has been reported that cracks in mechanical joints is generally under mixed-mode and there is critical inclined angle at which mode I stress intensity factor becomes maximum. The crack propagates in arbitrary direction and thus the prediction of crack growth path is needed to provide against crack propagation or examine safety. In order to evaluate the fatigue life of cracks in mechanical joints, horizontal crack normal to the applied load and located on minimum cross section is major concern but critical inclined crack must also be considered. In this paper mixed-mode fatigue crack growth test is performed far horizontal crack and critical inclined crack in mechanical joints. Fatigue crack growth path is predicted by maximum tangential stress criterion using stress intensity factor obtained from weight function method, and fatigue crack growth rates of horizontal and inclined crack are compared.
Cracks in mechanical joints is generally under mixed-mode and there is the critical inclined angle at which mode I stress intensity factor becomes maximum. In order to evaluate the fatigue life of cracks in mechanical joints, horizontal crack normal to the applied load and located on minimum cross section is major concern but critical inclined crack must also be considered. In this paper mixed-mode fatigue crack growth test is performed for horizontal crack and critical inclined crack in mechanical joints. Fatigue crack growth path is predicted by maximum tangential stress criterion using mode I and mode II stress intensity factors obtained from weight function method, and fatigue crack growth rates of horizontal and inclined crack are compared.
In this study, the current horizontal stress characteristics of the Tertiary rock formations in the Pohang Basin are investigated on the basis of the in-situ rock stress measurements at depths from 75 m to 716 m of the 3 test boreholes in the Doumsan area, Pohang. The deep hydraulic fracturing stress measurement results indicated that the horizontal stress components in the test site appear far lower than the average ones by the linear fit for the data set measured from the other domestic sites. But, borehole scanning revealed clearly that lots of small and large scale borehole failures occurred due to the low strength characteristics of the existing rocks. To obtain more accurate and overall information on the horizontal stress direction, the integrated analysis combining the hydraulic fracturing stress measurement and borehole scanning data set were additionally carried out. The analysis results showed that in the upper sedimentary and the lower volcanic rock formation, the dominant orientations of the current maximum horizontal stress components were appeared in the range of $80^{\circ}{\sim}100^{\circ}$ (N80E~N80W) and $120^{\circ}{\sim}140^{\circ}$ (N60W~N40W), respectively. From this study result it was found that the maximum horizontal stress directions have a tendency to rotate in a clockwise direction as the rock formation changes with depth in the test site.
We collected data of hydraulic fracturing tests and overcoring tests conducted in 84 boreholes in the south-east Korea in order to analyze the contemporary state of stress in this region. The average direction of the maximum horizontal stress was determined to be $N66^{\circ}{\pm}31^{\circ}E$. The relative magnitudes of the three principal stresses was ${\sigma}_v$ (vertical stress) < ${\sigma}_h$ (minimum horizontal stress) < ${\sigma}_H$ (maximum horizontal stress), indicating thrust fault stress regime. The stress ratio K (horizontal stress/vertical stress) was relatively high (2.2
Zhu, Hai Y.;Deng, Jin G.;Liu, Shu J.;Wen, Min;Peng, Cheng Y.;Li, Ji R.;Chen, Zi J.;Hu, Lian B.;Lin, Hai;Guang, Dong
Geomechanics and Engineering
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v.6
no.2
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pp.153-172
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2014
In order to investigate the effect of different perforation angles (the angle between the perforation direction and the maximum horizontal principal stress) on the fracture initiation and propagation during hydraulic fracturing of highly deviated well in oil & gas saturated formation, laboratory experiments of the hydraulic fracturing had been carried out on the basis of non-dimensional similar criteria by using 400^3 $mm^3$ cement cubes. A plane fracture can be produced when the perforations are placed in the direction of the maximum horizontal principal stress. When the perforation angle is $45^{\circ}$, the fractures firstly initiate from the perforations at the upper side of the wellbore, and then turn to the maximum horizontal principal stress direction. When the well deviation angle and perforation angle are both between $45^{\circ}$ and $90^{\circ}$, the fractures hardly initiate from the perforations at the lower side of the wellbore. Well azimuth (the angle between the wellbore axis and the maximum horizontal principal stress) has a little influence on the fracture geometries; however it mainly increases the fracture roughness, fracture continuity and the number of secondary fractures, and also increases the fracture initiation and propagation pressure. Oriented perforating technology should be applied in highly deviated well to obtain a single plane fracture. If the well deviation angle is smaller, the fractures may link up.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.38
no.1
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pp.63-71
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2018
In this study, the torque and horizontal stress acting on vane were measured and then used to determine a friction angle of sand. A dry Nakdong River sand was prepared for loose and dense conditions in a cell and then pressurized with 25, 50, 75 or 100 kPa from the surface of sand. A vane (5cm in diameter and 10cm in height) was rotated and the torque and horizontal stress were measured at real time. A maximum torque was 3.5-9.5Nm for loose sand and 7.4-17.6Nm for dense sand, respectively. The maximum torque increased as an overburden pressure increased. The maximum torque obtained at 14-20 degrees of vane rotation, which was not influenced by the initial alignment of earth pressure and vane blade. An initial horizontal stress ratio was 0.33-0.35 on the average. The horizontal stress increased initially and then decreased due to particle disturbance. A friction angle was calculated from real time varying horizontal stress and torque, which decreased with increasing overburden pressure. The friction angle of loose sand from vane shear test was similar to that of direct shear test but that of dense sand was overestimated.
PURPOSES: In Korea, rapid maintenance of distressed concrete pavement is required to prevent traffic jam of the highway. Asphalt concrete overlay has been used as a general maintenance method of construction for aged concrete pavement. AC overlay on existing concrete pavements experience various early distresses such as reflection crack, pothole and rutting, due to different physical characteristics between asphalt overlay and existing concrete pavement. Bonded concrete overlay(BCO) is a good alternative since it has advantages that can reduce various distresses during the service life since overlay material has similar properties with existing concrete pavements. Recently, BCO which uses the ultra rapid harding cement has been applied for maintenance of highway. BCO has advantage of structural performance since it does monolithic behave with existing pavement. Therefore, it is important to have a suitable bond strength criteria for securing performance of BCO. Bond strength criteria should be larger than normal tensile stress and horizontal shear stress occurred by traffic and environmental loading at bond interface. Normal tensile stress and horizontal shear stress need to estimated for the establishment of practical bond strength criteria. METHODS: This study aimed to estimate the bond stresses at the interface of BCO using the three dimensional finite element analysis. RESULTS: As a result of this study, major failure mode and maximum bond stress are evaluated through the analysis of normal tensile stress and horizontal shear stress for various traffic and environmental load conditions. CONCLUSIONS: It was known that normal tensile stresses are dominated by environmental loading, and, horizontal shear stresses are dominated by traffic loading. In addition, bond failure occurred by both of normal tensile stresses and horizontal shear stresses; however, normal tensile stresses are predominated over horizontal shear stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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