圖1.仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比
圖2.仿真結(jié)果與KGD解析解的對比
圖3.裂縫網(wǎng)絡(luò)的生成與連通過程
水力壓裂是低滲油氣資源高效開發(fā)的必備工藝，已被廣泛應(yīng)用于油氣增產(chǎn)中。由于水力壓裂是一個復(fù)雜的物理過程，不僅包括巖體破壞、流固耦合，還有人工裂縫與原生天然裂縫相互作用，水力壓裂縫網(wǎng)數(shù)值模擬一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性課題。
針對傳統(tǒng)數(shù)值方法(有限元(FEM)、擴(kuò)展有限元(XFEM)、邊界元(BEM)和非連續(xù)位移法(DDM))模擬水力壓裂縫網(wǎng)形成過程中遇到的難題，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員楊典森帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出基于近場動力學(xué)(PD)的水力壓裂耦合模型，解決了裂縫面追蹤、流體壓力施加、剪切破壞判斷、摩擦-接觸本構(gòu)構(gòu)建和縫網(wǎng)間連通關(guān)系判斷等關(guān)鍵問題。基于近場動力學(xué)(PD)非局部思想，該模型可以模擬裂縫網(wǎng)絡(luò)的生成、擴(kuò)展、連通和相互作用過程。研究通過將模擬結(jié)果與解析解和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性(圖1、圖2)。此外，研究利用該模型揭示出含任意復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)巖體水力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)的生成與連通過程(圖3)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Engineering Fracture Mechanics上。研究工作得到科技部創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。
