Observations of hydraulic fracturing in soils through field testing and numerical simulations: Fid-Bau Portal

Observations of hydraulic fracturing in soils through field testing and numerical simulations

Chang, Muhsiung

La fracturation hydraulique peut provoquer des fuites sur les barrages en terre ou une perte de fluide lors de forages ou d’essais de perméabilité sur le terrain. Ce procédé pose également un problème important, car il réduit l’efficacité de l’injection de coulis de ciment dans le sol. Bien que l’industrie pétrolière recoure depuis des décennies à la fracturation hydraulique pour recueillir le pétrole présent dans les formations rocheuses, les études portant sur ce procédé sont peu nombreuses et non concluantes. La présente étude vise à mieux comprendre le mécanisme de l’hydrofracturation des sols par l’intermédiaire d’un essai d’injection de coulis et d’une simulation numérique. Nous observons que la fracturation hydraulique des sols se déroule conformément aux prédictions basées sur les critères d’injectabilité couramment acceptés. On constate que les fractures hydrauliques se forment verticalement et atteignent la surface du sol. Les simulations numériques montrent que la fracturation hydraulique est plus facilement amorcée dans des conditions de contrainte anisotropes, où la contrainte principale mineure constitue le facteur clé. En outre, des simulations numériques mettent en évidence des phénomènes de compression de cisaillement de forte intensité durant l’injection, ce qui montre que le mécanisme de fracturation des sols est probablement de type cisaillement. À partir de la présente étude, nous proposons un mode d’hydrofracturation des sols de type « perforation–fracturation ». L’équation associée à ce mode et permettant d’estimer la pression de fracturation est vérifiée et l’on constate que les résultats qu’elle fournit coïncident bien avec ceux associés aux exemples étudiés. [Traduit par la Rédaction]

Hydraulic fracturing is a potential cause of leakage of earth dams or loss of fluid in drilling and field permeability testing. The effect of hydraulic fracturing on soil grouting is also a major concern. Although hydraulic fracturing has been adopted for decades by the petroleum industry for oil recovery in rock formations, studies on fracturing in soils are relatively few and inconclusive. The aim of this study is to provide further insight into the mechanism of hydrofracturing in soils through a field grouting trial and numerical simulation. We observe hydraulic fracturing in soils during this field trial as predicted by generally accepted groutability requirements. The hydraulic fractures are found vertically developed up to the ground surface. Numerical simulations show the hydraulic fracturing is easier to be initiated in anisotropic stress conditions, where the minor principal stress is the key factor. Numerical simulations also demonstrate significant compressions and shears during injection, suggesting the mechanism of fracturing in soils would be a shearing type. Based on this study, we propose a punching and splitting mode for the hydrofracturing in soils. The equation associated with estimating fracturing pressure is verified, and the results are found to be in good agreement with the cases examined.