采用流体流动-DEM耦合方法研究砂砾岩储层中水力裂缝的成核、扩展和贯通

本文提出了一种流体流动-DEM耦合方法来研究砂砾岩储层水力裂缝的成核、扩展和贯通。砂砾岩储层中嵌入的砾石在砾石与基质界面处会引起强烈的应力集中，显著影响了局部力学响应。DEM中准确表征了嵌入砾石和多粒径颗粒引起的几何非均匀性，并利用流动算法模拟流体流动。试件中随机嵌入不同大小和形状的砾石，研究了扩展裂缝相遇砾石的相互作用机理及地应力差、砾石强度和粒度分布的影响。可以预见，宏观尺度的裂缝形态由远场地应力状态主导，而微观尺度的力学响应则受几何非均质引起的应力非均质的显著影响。井筒附近应力的不均匀性，通常会形成多个起裂点，造成多分支裂缝，但由于缺乏足够的能量进一步扩展，一些裂缝很快就会因遇到砾石而受阻。当裂缝扩展遇到砾石时，观察到4种相互作用模式（吸引、偏转、穿透和终止），水力裂缝向前扩展需要较高的能量，这导致局部应力重定向和新的起裂点，最终形成分支裂缝的复杂裂缝形态。