Modeling of factors influencing the extent of mud infiltration in a fractured rock mass

Wellbore stability is a major concern for drilling in naturally fractured formations. The infiltration of drilling mud into the fractures is a factor, which may compromise wellbore integrity due to the loss of strength experienced by the fractures. The reduction in the fracture frictional and cohesive properties is attributed to weakening of the infill materials and lubrication of fracture asperities by the mud filtrate. One way to investigate the influence of mud infiltration on wellbore stability in fractured formations is to use a numerical modeling approach. A requirement for the numerical model is the ability to predict the region of mud infiltration. This paper describes a numerical technique to model the extent of mud infiltration for application in coupled fluid-mechanical simulations in densely fractured rock masses using the computer code, UDEC. Several factors are considered including fracture pattern, in-situ stresses, reduction in joint frictional angle and cohesion, viscosity of the mud filtrate and fracture plugging. Results of numerical simulations are presented to illustrate the technique and show the influence of these factors on the extent of mud infiltration. Un des problèmes importants posés par le forage en milieu fissuré saturé, est celui du maintient de la stabilité du puit. L’infiltration de boue de forage dans le massif peut avoir pour effet de réduire les propriétés frictionnelles et cohésives des fractures et de compromettre ainsi la stabilité du puit de forage. Le radoucissement des propriétés des fractures est attribué à la dégradation du materiau de remplissage et au pouvoir lubrifiant des boues. L’analyse numérique offre un moyen d’investiguer l’influence jouée par l’infiltration de boue sur la stabilité du puit. Un des critères de sélection du modèle numérique sera son pouvoir de prédiction du domaine d’infiltration de boue. Cet article décrit une technique numérique permettant de modéliser l’infiltration de boue de forage dans le cadre de simulations hydro-mécaniques, en milieu à haute densité de fractures, effectuées avec le logiciel de calcul UDEC. Parmis les facteurs tenus en compte, on trouvera la nature du réseau de fractures, les contraintes in-situ, le radoucissement en friction et cohésion des joints, la viscosité de la boue et le bourrage des fractures. Des résultats de simulations sont présentés pour illustrer la technique et montrer l’influence de ces facteurs sur la taille du domaine d’infiltration de boue. Bohrlochstabilität ist ein wichtiger Aspekt für das Bohren in geklüfteten Gebirgsformationen. Das Eindringen der Bohrlochstützflüssigkeit in die Klüfte kann die Bohrlochintegrität wegen des Verlustes der Festigkeit des Kluftsystems gefährden. Die Reduktion der Reibung und kohäsiven Eigenschaften ist der Schwächung der Kluftfüllung und der Schmierwirkung der eingerungenen Stützflüssigkeit in Bezug auf die Kluft-Asperities geschuldet. Numerische Berechnungen sind ein Weg zur Untersuchung des Einflusses der Infiltration der Bohrlochstützflüssigkeit auf die Bohrlochstabilität in geklüfteten Gebirgsformationen. Eine Voraussetzung für numerische Modelle ist die Fähigkeit den Bereich der Infiltration der Stützflüssigkeit zu prognostizieren. Diese Publikation beschreibt ein numerisches Verfahren, um die Reichweite der Infiltration von Stützflüssigkeiten mittels fluid-mechanisch gekoppelter Simulationen im engständig geklüfteten Gebirge mit dem Programm UDEC zu modellieren. Verschiedene Faktoren, wie Kluftmuster, Gebirgsspannungszustand, Reduktion von Kluftreibungswinkel- und kohäsion, Viskosität der Stützflüssigkeit und Rissabdichtung wurden untersucht. Ergebnisse numerischer Simulationen werden präsentiert, um die Vorgehensweise zu illu