水力压裂中裂纹扩展的数值模拟

来源：计算力学学报杂志2016年第5期北京时间：

作者：刘传奇,薛世峰,孙其诚

单位：清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084,中国石油大学(华东)工程力学系, 青岛 266580,清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

摘要：水力压裂是在高压粘滞流体或清水作用下地层内裂缝起裂与扩展的过程。由于包含岩石断裂和流-固耦合等复杂问题，对该过程的数值模拟具有相当大的挑战性。本文建立基于有限元与离散元混合方法的裂纹模型，模拟岩石裂纹扩展，实现了连续向非连续的转化；建立双重介质流动模型，裂隙流作为孔隙渗流的压力边界，孔隙渗流反作用裂隙的压力求解，处理了流体在基岩与人工裂缝中的协调流动；将裂纹模型与流体流动模式进行结合，建立断裂-应力-渗流耦合形式的力学模型，进一步分析了水力压裂的基本过程，综合多种数值计算方法，编写程序，在验证岩体裂纹模型与双重介质流动模型有效性的基础上，对压裂过程进行复现，将模拟结果与文献结果进行了对比，并讨论了所构建模型的优缺点。

关键词：水力压裂,双重介质,断裂-应力-渗流耦合,

基金资助：国家自然科学基金（11272048，51239006）；欧盟国际合作（IRSES-294976）资助项目.