采用耦合渗流的离散元方法模拟多孔介质中的水力压裂和达西渗流

研究裂缝扩展过程中岩石基质的流体渗透是水力压裂工程最困难的技术挑战之一。本文建立了一个耦合的流固耦合模型来模拟水力压裂过程中的裂缝扩展。为此，在流固耦合离散单元法（DEM）中，采用了一种新的具有力-位移规律的离散单元方法来模拟压裂过程。模拟了一系列案例，以评估不同注入速率和渗透率的影响。本研究的数值结果与报道的实验结果之间获得了良好的一致性。水力压裂模型的结果表明，低流体粘度导致更广泛的流体渗透，同时发生失效现象和渗透。在高粘度的情况下，裂缝扩展到流体渗透区之外，与低粘度流体相比，需要更高的流体压力来产生裂缝。不同渗透率和低粘度流体的模拟结果表明，当渗透率较高时，相对于低渗透率的情况，流体渗透更快。低渗透裂缝的生长模式是直的和分支的，但在高渗透的情况下，裂缝路径是直的且厚的。加压速率影响水力压裂模型中裂缝的数量和裂缝的几何形状。最后，加压速率的增加导致拉伸裂纹的数量增加。